NASA、これまで記録された中で最も明るい宇宙イベントを追跡 – 「これはクレイジーだ！」

天文学者らは、長いGRB（ガンマ線バースト）は、急速に回転する大質量星が燃料を使い果たして崩壊し、星の中心にブラックホールを形成することで発生すると考えている。 このアーティストのコンセプトでは、瀕死の星から 2 つのジェットが出現し、周囲のガスや塵と相互作用します。 画像出典: NASA ゴダード宇宙飛行センターのコンセプト画像研究所

天文学者たちは、これまで記録された中で最も明るい宇宙現象であるボートを目撃し、タイムドメインとマルチメッセンジャー天文学の力を証明しました。 この出来事やその他の同様の出来事は、宇宙の動的なプロセスと科学的発見における協力の役割についての洞察を提供します。

2022年10月9日、アトランタで友人とサッカーの試合を観戦していたスティーブン・ルサージさんの携帯電話がハーフタイム後に振動し始めた。 ルサージュが受信メッセージを見たとき、その試合はもはや重要ではないようでした。 まれな宇宙的出来事があったため、彼はすぐにコンピューターにアクセスする必要がありました。

NASA のフェルミ ガンマ線衛星とニール ゲーレルス スウィフト天文台は、宇宙で異常に明るい信号を検出し、科学者に自動警報を送信しました。 科学者たちがフォローアップ戦略を調整している間、ルサージュ氏のチームのフェルミ チャット チャネルはメッセージで明るく輝きました。

「そのグループの誰もが『これはクレイジーだ！ アラバマ大学ハンツビル校の大学院生、ルサージ氏は「これを分析するのは誰だ？これこそ私たちが待っていたものだ。さあ、時間だ！」と振り返る。

この異常な出来事は、おそらく文明の始まり以来、X線とガンマ線のエネルギーで最も明るい宇宙爆発であることが判明しました。 天文学者たちはそれを「ボート」、「すべての中で最も明るい」と呼びました。 ルサージュ氏は、船が実際にどれほど明るいかを示すフェルミデータの分析を主導しました。 宇宙と地球上の 150 台を超える望遠鏡がこの出来事についての詳細を得るために追跡しました。 NASAIXPE (X 線偏光測定エクスプローラー)、ハッブル宇宙望遠鏡、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡、および欧州宇宙機関の XMM-ニュートン望遠鏡。

宇宙は変化している

このボートは、天文学者がタイムドメイン天文学とマルチメッセージ天文学と呼ぶものの例です。 「時間領域」の部分は、超新星や 2 つの中性子星の合体など、宇宙で発生する現象を指し、望遠鏡でその発生を観察できます。 「マルチメッセンジャー天文学」とは、あらゆる形態の光、高エネルギー粒子、時空の波紋など、宇宙から情報を伝達するさまざまな「メッセンジャー」のことを指します。 重力波。

宇宙は数百万年、さらには数十億年にわたって非常にゆっくりと変化しているように見えますが、その天体居住者は時々、数日、あるいは数秒のうちに劇的な変化を引き起こすことがあります。 銀河中心は、中心のブラックホールが物質を食べるときに輝きます。 サイフォンブラックホール プラズマ 近くの星から。 星が爆発する。 中性子星はブラックホールと衝突し、中性子星は中性子星と衝突し、ブラックホールはブラックホールと合体します。 遠く離れた天体の衝突でも、宇宙や地上の望遠鏡や機器で検出できる強力な波紋が発生することがあります。 これらの現象の多くは、次にいつどこで発生するかという点で予測できません。

NASA には、突然のガンマ線の増光を検出したときに警報を発する、広い視野を持つ 2 つの「観測」衛星、フェルミとスウィフトがあります。 フェルミのガンマ線バースト観測装置、広域望遠鏡、およびスウィフト バースト警報望遠鏡は、これらの現象を最初に検出する可能性がある重要な機器です。

NASA 天体物理学部門内で高エネルギー天体物理学ポートフォリオとタイムドメインおよびマルチメッセージング天文学イニシアチブを率いるヴァレリー・コノートン氏は、「何かが衝動的に起こるとき、何かが爆発して爆発するとき、または何かが押しつぶされて崩壊するとき、それが起こります」と語る。 本社はワシントン。

科学者がコンピューターや携帯電話でアラートを受信すると、他の望遠鏡と協力してこの現象を追跡できる可能性があります。 さまざまな天文台や宇宙機器を使用して、これらの非常に予測不可能な閃光を研究することで、科学者は、通常の静寂な宇宙で、いつ、どこで、そしてなぜ「瞬き」を観測したのかをまとめることができます。

科学者たちは、いくつかの望遠鏡によるボートの観察を比較した結果、この異常に明るい爆発は超新星、具体的には急速に回転する大質量星の核崩壊によるものであると断定した。 そしてその後、NASA からのデータを使用して ナスター ミッション中に科学者たちは、爆発する星から放出される物質の流れが当初考えていたよりも複雑な形状をしていることを発見しました。

」「巨大な星が爆発したばかりです。私たちはそれを研究して何が起こったのかを解明し、部品をリバースエンジニアリングして再び組み立てなければなりません」とルサージュ氏は語った。

「時間領域天文学により、宇宙の性質、基礎物理学そのもの、元素の起源についての基本的な答えを得ることができます。」

— エリック・バーンズ、天体物理学者、ルイジアナ州立大学

新しい明るい信号

ボートからわずか 5 か月後、科学者たちはフェルミから、過去 50 年間で 2 番目に明るいガンマ線バーストに関する警告を受け取りました。 この新しい信号は GRB 230307A です2023年3月に発生したガンマ線バーストは、ボートの場合は600秒だったのに対し、200秒継続する「長時間」ガンマ線バーストの範疇に加わった。 NASA からの赤外線データのおかげで ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡科学者らは、GRB 230307A の起源はおそらくまったく異なるものであると判断しました。つまり、地球から約 10 億光年離れた 2 つの中性子星の合体です。 さらに、ウェッブは希少元素テルルを発見しました。 中性子星 合併するとこのような重い項目が作成されます。

この結果は、論文 GRB 230307A の共著者でルイジアナ州立大学のフェルミ チームのメンバーであるエリック バーンズのような天文学者を依然として困惑させています。 中性子星の合体ではそのような長いガンマ線バーストは発生しないはずであり、現在の原子物理学のモデルではウェッブが発見した中赤外線の波長を完全には説明できません。 彼は、ウェッブが今後数年間でこの種の出来事についてもっと学ぶのに役立つことを望んでいます。

「時間領域天文学により、宇宙の性質、基礎物理学そのもの、元素の起源についての基本的な答えを得ることができます」とバーンズ氏は述べた。

NASA のジェームス ウェッブ宇宙望遠鏡の NIRCam (近赤外線カメラ) 機器によって捉えられたこの画像は、他の銀河や前景の星の局所的な生息地の中で、ガンマ線バースト (GRB) 230307A とそれに関連するキロノバ、さらにその元の親銀河を強調表示しています。 GRB は、2 つの中性子星の合体によって駆動された可能性があります。 中性子星は親銀河から放出され、天の川の直径にほぼ等しい約12万光年の距離を移動し、数億年後に最終的に合体した。 画像クレジット: NASA、ESA、CSA、STScI、Andrew Levan (IMAPP、Warw)

多くの使者

一時的な宇宙閃光に関連する宇宙の「メッセンジャー」も、科学者がその起源を再構築するのに役立ちます。 2015年に重力波を最初に検出 レゴレーザー干渉計重力波天文台は、まったく新しい方法で宇宙を観測できることを示し、複数のメッセンジャーを使用して宇宙の突然の変動を研究できる新しい時代を切り開きました。

2017年、科学者たちは、GW170817と名付けられたキロノバ（中性子星合体）を研究するために、重力波観測と地上および宇宙のいくつかの異なる天文台からのデータを組み合わせて、この可能性を実証した。 これらのキロノバに関する広範な研究から得られた洞察の中で、バーンズ氏と彼の同僚はそれらを使用して重力速度の最初の正確な測定を行い、「アインシュタインの予測の最後の重要な確認」であると彼は述べた。

現在、LIGO ネットワークは、米国国立科学財団、欧州の VIRGO、日本の KAGRA の支援を受けて、重力波現象の探索を行っています。

このイラストでは、運命の中性子星が終焉に向かって回転しています。 重力波は軌道エネルギーを消耗し、星同士を近づけて合体させます。 それらが衝突すると、破片の一部はほぼ光の速度で移動する粒子ジェットとして吹き飛ばされ、短いガンマ線バーストが発生します。 画像出典: NASA ゴダード宇宙飛行センター/概念画像研究所

光は、ボートとテルルを生成したと思われるガンマ線バーストの両方で検出された、宇宙からの「メッセンジャー」の唯一のタイプです。 NSFが支援したIceCubeと呼ばれる南極近くの実験では、各事象と同じ空の領域から来る高エネルギーニュートリノを探したが、何も見つからなかった。 しかし、ニュートリノが観測されていないことは、科学者がこれらの現象がどのように起こるかの可能性を制限するのに役立ちます。

ルイジアナ州立大学の天体物理学者で助教授のミケラ・ニグロ氏は、「この複数のメッセージング手法は、たとえ検出されていない場合でも重要です」と述べた。 「これは、いくつかのシナリオを除外するのに非常に役立ちますし、発見があったときに何か新しいことを教えてくれるのです。」

有望な未来

船上で論文を執筆中のルサージュ氏にとって、時間領域天文学と多重通信は刺激的な研究分野だ。 彼と他の天文学者たちは今も同じ船に乗って、この強烈な出来事からの非常に明るい光によって明らかにされるすべての過程を観察しています。 しかし、さらに多くの一時的な現象が起こるのは確実で、科学者たちはさまざまな望遠鏡や機器を使って追跡するため、常に警戒することになるだろう。

「それはただ過ぎていく出来事です。今見ないと見逃してしまいますよ」とルサージュ氏は言う。 「できるだけ早く見てください。」

詳細: ケース内の望遠鏡

NASAは今後数年のうちに、このような突然の過渡現象の探索に役立つ新しい「観測」衛星を打ち上げる予定だ。 いくつか含まれています キューブサット、各辺が 4 インチ (10 cm) の標準化された立方体モジュールで構築された小型宇宙船のクラス:

• バーストキューブガンマ線信号を監視するために2024年3月に打ち上げられる予定
• X線光を検出するBlackCat、2025年に打ち上げ予定
• スターバーストガンマ線信号を監視するために2027年に打ち上げられる予定

国際パートナーシップには、次のような科学も含まれます。

• 段丘 (The Transient Ultraviolet Astronomy Satellite) は、イスラエル宇宙庁とワイツマン科学研究所の小型衛星で、紫外光に特化した広い視野を持ち、NASA からの貢献を受けています。 2026年に打ち上げられる予定だ。

さらに、他の主な目的を備えた NASA 望遠鏡は、次のような異常な現象の探索に役立ちます。

• 精神金属が豊富な小惑星プシュケへ向かう途中の宇宙船には、天文学者が今後数年間に探査機が目的地に向かって旅する際にガンマ線バーストを検出するために使用できるガンマ線分光計が搭載されています。
• 賢いは、赤外線の波長で空をマッピングし、多くの新しい遠方の天体や宇宙現象を発見しました。 の 新しい方法 このミッションではWISE望遠鏡を再利用し、地球近傍の空間をスキャンして潜在的に危険な小惑星を探します。
• NASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡古代の暗黒エネルギーの謎に光を当て、何千もの太陽系外惑星を発見する赤外線天文台は、空を広く見渡せるように設計されており、間違いなく瞬間的な赤外線信号を受信するでしょう。 同天文台はこれらの現象を探すためにいくつかの調査を実施し、このミッションは変光星からブラックホールや活動銀河の誕生に至るまで、関連するテーマを研究する複数のチームを支援する予定だ。 Roman は 2027 年 5 月までに打ち上げられる予定で、検出した空の変化に関するアラートも提供する予定です。
• 地球近傍物体測量士 (NEO 測量士) のミッション。 赤外線検出器は、地球に脅威をもたらす可能性のある小惑星や彗星の探索を拡大するために使用されます。 NEO Surveyor によって撮影される画像には、遠くにある背景の物体も多く捉えられることが期待されます。