「高速電波バースト」の謎に迫る！ブラックホールを周回する中性子星から発生していた

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本記事は、Mysterious Fast Radio Bursts Are Coming From Neutron Star Orbiting A Black Holeを
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分59秒

・高速電波バースト「121102」は、過去10年間に何度も確認されているが、まだ電波天文学の最大の謎のひとつである。
・今回の研究により、この非常に短いバーストは、矮小銀河のブラックホールを周回する中性子星からのものであることが示唆された。

最初に発見された高速電波バースト(FRB)は、2007年にダンカン・ロリマーと彼の学生がパルサーのデータを調べているときのことでした。その後、繰り返しバーストするリピーターFRBが発見され、天文学者はSpitlerバースト【Spitlerは121102の発見者の名前】の原因について議論してきました。

電波天文学の最大の謎は、この強力かつ短時間のバーストがどのようにして放出されるかということです。どこから来るのか、実は誰も知らないのです。これまで、FRBが単発で検出されたことは数えるほどしかありません。説明できるものもありますが、「FRB121102」と名付けられたこの現象は、過去10年間に何度も確認されているものの、いまだに謎のままです。

最新の研究では、FRBはとんでもなく強い磁場環境から発生していることが示唆されています。この磁場は、電波を螺旋状にねじ曲げて、サインマークを残します。プエルトリコの研究者たちは、アレシボ天文台の電波望遠鏡を使って、バーストが天の川の平均磁場の約200倍という集中的に強い磁場から放射されていることを実証しました。

高速電波バースト

偏波電波バーストは、強力な磁場に囲まれた電波源から発生したことを示しています。明るく広帯域で短時間（ミリ秒）の閃光で、天の川銀河の外側に見られます。

他の電波源と異なり、これらのバーストは時間的な強度の変化がなく、数ミリ秒間続くスパイク状のエネルギーとして現れます。また、天の川の平面上に集中しているわけではなく、観測所が撮影できる空の部分によって位置が偏っています。

2017年8月、研究者たちはグリーンバンク天文台の電波望遠鏡のデータを用いて、5～8ギガヘルツのリピーターFRB 121102を15回検出しました。これらの波は、強力な磁場を持つ高温プラズマを通過した際に形成された可能性のある高偏波です。さらに、これらのバーストは他のFRBに比べて約500倍も偏光している（ねじれている）ことが分かりました。

新しい観測

このほど、天文学者らは数カ月間にわたる2時間の観測を3回行い、16種類のバーストの電波を調べました。その結果、これらのバーストは30マイクロ秒という非常に短い時間であることが分かり、このバーストの電波源は10キロメートル以下の幅しかないことが分かりました。

このような短いバーストを発生させるためには、小さな領域が必要です。そのため、中性子星のようなコンパクトな天体が有利であるとされています。

個々の電波バーストはより小さなサブバーストで構成されており、シナリオをさらに複雑にしています。これらのサブバーストは、プラズマの塊を波が通過した結果である可能性もありますし、プラズマの塊を形成している物体に内在するものである可能性もあります。

すべての波は偏光しており、一方向にしか向いていません。しかし、矮小銀河から私たちの惑星に至るまで、ずっとコルク栓抜きのように回転していたのです。

FRBの発生源

バーストの挙動を説明する主な理論の一つは、マグネターと呼ばれるエネルギーが高く若い中性子星から来るというものです。マグネターは、磁気を帯びたガスの巨大なシェルの中に鎮座しています。中性子星は電波を放射し、シェルはその電波を回転させる役割を担っています。

数十年前の若いマグネターが、大量の電波を超高速で放射している可能性があります。

しかしながら、そのような強力な磁場を発生させるには、超新星残骸が「かに星雲」（天の川銀河で最も明るい残骸）の100万倍も明るくないと無理です。その代わりに、矮小銀河のブラックホールを周回する中性子星から電波バーストが発生する可能性があります。この中性子星は、太陽の1万倍から100万倍の質量を持っている可能性があります。

これらの巨大なブラックホールは、強力な磁場と偏波を回転させる能力で知られています。天の川銀河の中心にある超巨大ブラックホールの周りをマグネターが回っているというのは、説得力のある設定です。

おそらく、他のFRBと比較してFRB 121102の活動レベルが著しく高いのは、例えば、これらの磁化構造がプラズマレンズ効果によるバーストの検出可能性を高めることができるため、主にその環境の結果なのでしょう。