高速電波バーストの謎を解き明かす磁気信号が見つかる

masapoco
投稿日 2023年5月12日 13:56
space flash burst

2007年に初めて発見されて以来、天文学者を悩ませてきたのが、宇宙から飛来するミリ秒単位の強烈な電波エネルギーのフラッシュ「高速電波バースト」だ。1つのバーストは、その短い寿命の間に、太陽が数日で放出するのと同じだけのエネルギーを放出することがある。

短寿命のパルスの大部分は、私たちの天の川銀河の外側で発生する。しかし、そのほとんどは、何がどのように発生させるのかはわかっていない。

Science誌に掲載された新しい研究では、高速電波バーストを1年以上にわたって繰り返し観測し、強力だが非常に変化しやすい磁場に囲まれている兆候を発見した。

この結果は、この宇宙爆発の発生源が、大質量の伴星やブラックホールによって生成された高密度で磁化されたプラズマの風の中で渦巻く中性子星からなる連星系である可能性を示唆している。

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繰り返し発生する高速電波バーストの周囲の磁場の変化が、その起源を示唆する。(Credit: Di Li / ScienceApe / Chinese Academy of Science)

繰り返しが止まらない高速電波バースト

FRB 20190520Bは、2022年、中国の口径5百メートル球面電波望遠鏡(FAST)の天文学者によって発見された、繰り返し発生するバーストである。高速電波バーストを繰り返すことは稀だが、FRB 20190520Bはその中でも最も稀で、1時間に数回、時には複数の電波周波数で電波バーストを発生し、休むことがない唯一のものだ。

この興味深い天体が最初に発見された後、天文学者は他の波長の電波を使った最初の観測の追跡を急いだ。

さらに調査を進めた結果、FRB 20190520Bは39億光年離れた矮小銀河の非常に濃い環境に存在することが分かった。また、FRB光源の周囲には、強く持続的な電波放射を生み出す物質が存在する。

このことから、このバースト源は、複雑な環境にある若い中性子星であることが示唆された。

強力な磁場

この銀河間爆竹とその環境について、他にどのようなことがわかるのだろうか。私たちは、CSIROのパークス電波望遠鏡、ニューサウスウェールズ州のムリヤン、アメリカのグリーンバンク望遠鏡を使ってFRB 20190520Bの観測を実施した。

驚いたことに、FRB 20190520Bは比較的高い電波の周波数で強い信号を出していることが分かった。この高周波信号は、電磁波がある方向に強く波打っている「偏波」であることが分かった。

この偏光の方向は、周波数が変わると変化することが分かった。その変化を測定することで、信号が通過した磁場の強さを知ることが出来る。

その結果、この偏光測定は、FRB20190520Bの周辺が非常に磁場が強いことを示唆している。しかも、磁場の強さは、16ヵ月間観測した中で変化しているように見え、2回ほど向きを変えたこともあった。

このように高速電波バースト周辺の磁場の方向が変化することは、これまで観測されたことがない。

絵の中を埋め尽くす

FRB 20190520Bについて、このことは何を物語っているのだろうか?最近の高速電波バーストの観測では、中性子星と他の大質量星やブラックホールからなる連星系を説明する有力な説がある。

他の説を否定することは出来ないが、今回の結果は、大質量星のシナリオを支持するものだ。

大質量星は、周囲に組織化された磁場を持つ強い恒星風を持つことが知られている。もし、バーストの発生源が軌道を移動する際に、恒星風の領域を出たり入ったりしているとしたら、観測される磁場の方向が逆になることが予想される。

磁場反転の時間スケール、見かけの磁場強度の測定された変動、バースト源を取り囲む高密度プラズマは、すべてこの絵に当てはまる。

この先はどうなるか?

私たちの観測は、高速電波バーストを繰り返す天体には、磁化の強いプラズマを生成できる大質量の伴星が存在するという仮説を支持する重要な証拠になるかも知れない。

さらに重要なことは、この連星仮説が将来の予測につながるということだ。もしそれが正しければ、FRB 20190520Bからの電波信号の偏光変化は、より長い期間にわたって上昇と下降を繰り返すはずだ。

だから、私たちは見守ることにしている。ムリヤン望遠鏡とグリーンバンク望遠鏡による今後の観測で、FRB 20190520Bが本当に連星系なのか、それとも宇宙が再び私たちを驚かせるのかが明らかになるはずだ。


本記事は、Shi Dai氏、Di Li氏、Miroslav Filipovic氏、Reshma Anna-Thomas氏らによって執筆され、The Conversationに掲載された記事「Flip-flopping magnetic fields hint at a solution for puzzling fast radio bursts from space」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。



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