(GRP)[2]」に同期して増光するX線を検出しました。(FRB)[3]の起源や発生メカニズムの解明にも貢献すると期待できます。パルサーは、時折劇的に明るくなるGRPを発生します。このようなパルスの増光は電波でしか起こらないと考えられてきました。と日本の二つの電波望遠鏡を連携させ、2017年からX線と電波の同時観測を続けた結果、GRPが発生する瞬間にX線パルスも4%ほど増光することを突き止めました。これにより、GRPがこれまで考えられていたよりもはるかに大きなエネルギーを解放することが分かりました。本研究は、科学雑誌『Science』に掲載されました。よる支援を受けて行われました。大質量の恒星がその一生を終えて超新星爆発[5]を起こすと、ブラックホールや中性子星が残されます。1億トンにも達する超高密度状態となっています。中性子星の外側には強い磁場とプラズマに満たされた磁気圏があり、そこから電波やX線を放射しながら磁気圏とともに、1回転あたり数ミリ秒から数十秒という高速で自転しています。そのため、中性子星からの放射が地球を向いているときに、自転に伴う周期的なパルスが観測されます。このようなパルスを発生する中性子星は「パルサー」ともいい、“宇宙の灯台”と呼ばれることもあります。おうし座の方向、地球から約6500光年の彼方で美しく輝く「かに星雲」は1054年に起きた超新星爆発の名残であり、この爆発は藤原定家の『明月記』にも記されています。(提供:NASA)かに星雲とかにパルサーの写真。X線で明るい中心の点源がかにパルサーで、そこから周辺に高エネルギーのプラズマが吹き出している。(GRP)」も謎の一つです。ボース=アインシュタインの理論によると、電波の強度を上げるには放射源の実効的な温度を高くする必要があります。超えることから、通常の放射メカニズムでは説明できません。地球のある銀河系には2,800個ほどのパルサーが見つかっていますが、そのうちGRPを発生するのは十数個だけです。これまで、GRPのようなパルスの増光現象は電波でしか発生しないと考えられてきました。2003年、高速度カメラを使うことでGRPに同期して可視光のパルスが数%だけ明るくなる現象が発見され、天文学者を驚かせました注1)。放射メカニズムは異なると考えられていたからです。そのため、よりエネルギーの大きいX線やガンマ線でも同様の増光が見つかるのかどうかに、大きな関心が寄せられていました。過去20年間、複数のグループが大規模な観測プロジェクトを実施しても、X線やガンマ線での増光は確認できませんでした。(2003)研究手法と成果GRPに同期したX線やガンマ線を探索する上で最も難しい点は、これまでの望遠鏡では十分な数のX線光子やガンマ線光子を集められないことでした。連携させ、合計15回に上るX線と電波の国際的な同時観測を実施し、これまでで最大となる量のX線と電波の同時・多波長データを蓄積しました。X線望遠鏡ナイサーが観測したかにパルサーのX線パルス波形(黒線)を2周期にわたって示した。同時観測で検出した巨大電波パルス(GRP)発生のタイミングを青線で示している。1周期の中で、パルスにはメインパルス(パルス位相が0付近)と、インターパルス(パルス位相が0.4付近)の二つがある。上図のメインパルス付近の拡大図。黒線は通常時のX線波形で、赤線はGRPが起きたときのパルス。GRPが起きたときに、わずかだが明るくなっていることが分かる。電波帯域でのGRPの増幅率は左上のピンク線で示す。WHTとHaleは可視光、ナイサー、Chandra、Hitomi、SuzakuはX線、それ以外はガンマ線による観測結果である。可視光とナイサーの値は実際の検出値を、それ以外は上限値を示す。上部四角中のphaseはパルス位相を表す。X線での増光は4%と小さくても、X線は電波よりもはるかに大きなエネルギーを解放していることから、GRPの発生時に放出されるエネルギー量はこれまで考えられていたよりも数百倍以上大きいことが分かりました。現在、GRPの放射メカニズムとして、パルサー磁気圏における高速プラズマの激しい噴出などを起源とする理論モデルがありますが、今後はX線の増光を説明できるようにする必要があります。今回の発見は、プラズマ噴出・電波放射に伴う、パルサーでの高エネルギー粒子生成などについても新たな知見を与えます。二つの電波望遠鏡でのデータ取得には、JAXAとNICTが共同で開発した「広帯域デジタル信号記録装置」を活用し、高精度なデータ受信を実現しました。臼田64m電波望遠鏡は、宇宙探査機の運用支援の中核としても使用されており、この記録装置は小惑星探査機「はやぶさ2」の軌道決定にも使用されています。鹿島34m電波望遠鏡は、電波天文学にとって重要な観測装置として使用されてきましたが、2019年の台風15号により甚大な被害を受け、運用を終了しました。そのため本研究は、鹿島34m電波望遠鏡が最後に残した貴重な成果の一つとなりました。解明にも重要な知見となります。高速電波バーストは、天文学の歴史で久々に発見された新種の天体現象で、ここ数年における天文学の最も注目度の高いテーマの一つです。GRPはFRBと似た現象であることから、FRBを説明する理論モデルの一つだと考えられてきました。今回、GRPがこれまで考えられていたよりも莫大なエネルギーをX線で放出することが明らかになったため、単純なGRPのモデルではFRBの説明は難しいことが分かりました。バースト活動は、FRBの候補として有力になりつつあります。太陽よりも十分重い星が、その寿命を迎えると、超新星爆発を起こす。星の外側部分が吹き飛ぶ一方で、その中心部分は爆縮し、中性子星となる。これは質量が太陽と同程度、半径が10km程の高密度天体で、強い磁場を持っている。自転に伴い、周期的な電磁波のパルス放射が観測される場合、パルサーと呼ばれる。(GRP)周期的に観測される電波パルスが、時折その電波強度を数桁以上明るくする現象。パルサーの他、いくつかのパルサーから検出されている電波バースト現象。通常のパルスとは異なる観測的特徴を持つが、まだ多くのことが分かっていない。(FRB)突然、宇宙の一方向から1ミリ秒程度、強い電波が放たれる現象。我々の住む銀河の外の、宇宙論的な距離から到来していることが分かっている。電波で極めて明るく、その起源は分かっておらず、近年の天文学でのホットな研究対象になっている。これらのバースト現象のいくつかは、繰り返し同一天体から発生している場合も報告され、対応する母銀河が同定されているものもある。高速電波バーストと類似した電波放射が検出されている。観測的に解明することを目指すプロジェクトに用いられている。cm2という有効面積を持ち、高い集光能力を持つ。ExploreRの略で、ナイサーと読む。質量の大きい恒星が、星内部での核融合反応の燃料を使い果たし、重力崩壊を起こして潰れると超新星爆発が起きる。SN1987Aでは超新星ニュートリノも検出された。超新星爆発の後には、中性子星やブラックホールが残されることがあり、周囲には超新星残骸が形成される。※研究内容については発表者にお問い合わせください。Arzoumanian)<機関窓口>※今般の新型コロナウイルス感染症対策として、理化学研究所では在宅勤務を実施しておりますので、メールにてお問い合わせ願います。nict.go.jp※上記の[at]は@に置き換えてください。