1秒間に700回！天の川銀河の外側のパルサーは私たちが考えていたよりも多く存在する

天の川の外には謎が！電波バーストはどこから来るのでしょうか?中性子星かマグネターか？

新たな研究により、中性子星と高速電波バーストの間に密接な関係があることが判明した。

ここでは、極度に死んだ恒星、つまりマグネターが高速電波バーストを発生させます。 （写真提供：NASA）

中性子星は巨大な星が死ぬときに形成され、新たな研究により、異なる種類の中性子星の間で同様の動きが見られることが明らかになった。これは小さな発見のように聞こえるかもしれないが、マクロな視点から見ると、スプーン一杯分ほど小さく山ほど重い、極めて高密度の極度に死んだ星が高速電波バーストの原因である可能性があるという考えをさらに裏付けるものとなる。

わずか数ミリ秒しか続かない高速電波バーストは、天の川銀河の外側から来ているように見えるが、その起源は2007年に発見されて以来謎に包まれている。しかし、高速電波バーストは高度に磁化された中性子星またはマグネターから来ている可能性があるという予備的な推測が現在ある。

マックス・プランク電波天文学研究所とマンチェスター大学の研究者を含むチームによる新たな発見により、マグネターはパルス構造と回転の点で、他のいわゆる「電波強度の強い」中性子星と確かに関連していることがわかった。

異なるタイプの中性子星間で類似した「普遍的なスケール」が発見されたことは、プラズマプロセスがこれらのバーストの原因である可能性があることを示唆しています。研究チームはまた、これにより科学者は高速電波バーストに見られる構造を対応する回転周期の結果として解釈することになると述べた。

「マグネターからの放射と高速電波バーストからの放射を比較し始めたとき、類似点が見つかるだろうと予想していたが、これがすべての『電波が強い』中性子星に共通するとは予想していなかった」と、論文の主執筆者でマックス・プランク電波天文学研究所所長のマイケル・クレイマー氏は声明で述べた。

中性子星！パルサー！マグネター！信じられない！

中性子星は、巨大な恒星の核融合燃料が枯渇したときに形成されます。星の燃料がなくなると、星自身の重力による内向きの圧力で星を支えていたエネルギーが失われます。その結果、星の外層が吹き飛ばされ、大規模な超新星爆発が起こり、中心核自体が崩壊します。

この崩壊は、その領域内の電子と陽子が互いに衝突し、中性子を多く含む物質の海を形成して、星の中心核がそれ以上崩壊するのを防ぐまで続きます。この基盤でさらなる崩壊が起こると、コアは最終的にブラックホールを形成することになります。核の崩壊過程の結果、直径約12マイル（20キロメートル）の地球の都市とほぼ同じ幅の、信じられないほど高密度の物質で満たされた物体が誕生した。

しかし、これは重力崩壊を引き起こす唯一の極端な特性ではありません。アイススケートをする人が腕を締めて回転を速くするのと同じように、中性子星を形成する星の中心核は半径を小さくすることで回転を速めます。この回転加速プロセスはコアに多大な影響を及ぼす可能性があります。たとえば、若い中性子星の中には、1秒間に最大700回回転するものもあります。もし彼らが地球に向かって放射線のジェットを送っているとしたら、高速で回転する中性子星はパルサーと呼ばれ、そのプロセスは宇宙で光線を発する灯台のようなものになるだろう。 1秒間に数百回回転する中性子星はミリ秒パルサーと呼ばれます。

パルサーは周期的な性質を持つことで知られていますが、ASTRS はより散発的で不規則なパターンで電波を放射する中性子星です。

さらに、この崩壊中に、星の中心核の磁力線が「崩壊」し、地球の磁場よりも 1000 億倍も強い磁場が形成されます。しかし、中性子星の中には、普通の中性子星よりもさらに強い磁場を持つものもあり、その強さは千倍以上です。これらはマグネターと呼ばれます。

現在、天文学者は約30個のマグネターを知っており、そのうち約6個が電波を放射していることが分かっています。このことから、科学者たちは高速電波バーストは天の川銀河の外側にあるマグネター、つまり銀河系外マグネターから来ているのではないかと推測している。

すべての「電波強度の高い」中性子星間のつながりを見つける

研究チームは、6つの既知のマグネターからの個々のパルスを詳細に研究することで、マグネターとFRBの関係を調査した。研究チームは、地球上で最大級の全方向電波望遠鏡の一つであるドイツのバート・ミュンスターアイフェル電波望遠鏡を使用して、パルスの下部構造を検出した。

研究チームを驚かせたのは、高速で回転するミリ秒パルサーと自己変換する過渡的な電波源が類似したパルス構造を持っていることだ。これにより、マグネターと他の形態の中性子星の間では、これらの極端な星が数ミリ秒ごとに1回回転するか、100秒ごとに1回回転するかに関係なく、脈動構造と自転周期の間には普遍的なスケーリング関係があると結論付けられました。

「マグネターは磁場のエネルギーからエネルギーを得ていると考えられているが、他の中性子星は回転エネルギーからエネルギーを得ている」とマックス・プランク電波天文学研究所の科学者クオ・リュー氏は声明で述べた。 「非常に古いものもあれば、非常に若いものもありますが、すべての中性子星がこの規則に従っているようです。」

言い換えれば、これらの電波を放射する中性子星はすべてマグネターのように振る舞い、これらの電波の本質的な起源は電波を放射するどの中性子星でも同じであることを示唆しています。

「少なくとも一部のFRBがマグネターから発生しているのであれば、バースト内のサブ構造の時間スケールから、基礎となるマグネター源の回転周期を知ることができる。データにこの周期性が見つかれば、この種のFRBを電波源として解釈する上で画期的な成果となるだろう」とジョコルバンク天体物理学センターの研究員ベン・サッパーズ氏は声明で述べた。

チームの研究は2023年11月23日にネイチャー・アストロノミー誌に掲載された。

著者:ロバート・リー

FY: 大陸

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