NASAの望遠鏡が謎の深宇宙信号の背後にある秘密を明らかにする

NASA の X 線望遠鏡による最近の観測により、天文学者を困惑させてきた高速電波バースト (FRB) という強力で短期間の宇宙事象について、前例のない洞察が得られました。 私たちの銀河内のマグネターからの高速電波バーストを研究することで、科学者たちはこれらの現象についての理解を進め、マグネターの挙動の急速な変化を明らかにし、どのようにして高速電波バーストが生成されるかを説明できるようになりました。 クレジット: SciTechDaily.com

研究者らは、同機関の X 線望遠鏡 2 台を使用して、死んだ星が明るく短いバーストの電波を放出したときの不安定な挙動を推定することができました。

深宇宙からの謎の電波バーストの原因は何ですか? 天文学者たちは、この質問に対する 1 つの答えを提供することに一歩近づいているかもしれません。 二 NASA X線望遠鏡は最近、高速電波バーストとして知られるこのような現象を、発生のわずか数分前と直後に検出した。 この前例のない洞察により、科学者はこれらの極端な電波現象をより深く理解するための正しい道を歩むことができます。

それらはほんの一瞬しか持続しませんが、高速電波バーストは太陽が 1 年間に放出するのと同じ量のエネルギーを放出する可能性があります。 その光はレーザーのようなビームも形成し、より混沌とした宇宙爆発とは区別されます。

高速無線バーストの発生源

バーストは非常に短いため、発生源を正確に特定することが困難なことがよくあります。 2020 年以前に、その起源をたどったものは、私たちの銀河系の外で発生したと考えられており、天文学者がなぜそれらが作られたのか理解するには遠すぎます。 その後、地球の銀河系で高速電波バーストが爆発しました。マグネターと呼ばれる非常に高密度の物体、つまり爆発した星の崩壊した残骸から発生しました。

マグネターの挙動を理解する

2022年10月、SGR 1935+2154と名付けられた同じマグネターが別の高速電波バーストを発生させた。これは、国際宇宙ステーション上のNASAのNICER（中性子星内部組成探査機）とNuSTAR（核分光望遠鏡アレイ）アレイによって詳細に研究されたものである。高地では低地。 地球の軌道。 望遠鏡はマグネターを何時間も観察し、高速電波バーストの前後に、発生源の天体の表面とそのすぐ周囲で何が起こったかを垣間見ることができた。 この発見は、2月14日にジャーナルに掲載された新しい研究で説明されています。 自然、これは、NASA の望遠鏡がどのように連携して宇宙の短期間の出来事を観察し追跡するかの一例です。

このアーティストのコンセプトでは、マグネターの回転が遅くなる放出によって物質が宇宙に失われる様子が描かれています。 マグネターの強力でねじれた磁力線 (緑色で表示) は、中性子星の一種である物体からの帯電物質の流れに影響を与える可能性があります。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

爆発は、マグネターが突然より速く回転し始めたとき、2つの「グリッチ」の間に発生しました。 SGR 1935+2154 は直径約 12 マイル (20 キロメートル) と推定され、毎秒約 3.2 回回転します。これは、その表面が時速約 7,000 マイル (時速 11,000 キロメートル) で移動していたことを意味します。 速度を遅くしたり速くしたりするには、多くのエネルギーが必要です。 だからこそ、研究著者らは、不具合の間にマグネターがわずか9時間で不具合前の速度以下まで減速したこと、つまりこれまでに観測されたマグネターの約100倍の速さを見て驚いたのだ。

「通常、異常が発生すると、マグネターが通常の速度に戻るまでに数週間から数か月かかります」と、台湾の国立彰化教育大学の天体物理学者であり、この新しい研究の主著者であるチェン・ピン・フー氏は述べた。 「したがって、これらの天体では、これまで考えられていたよりもはるかに短い時間スケールで物事が起こっていることは明らかであり、それは無線バーストの生成速度に関係している可能性があります。」

マグネターの物理学

マグネターがどのように高速電波バーストを生成するかを調べたところ、科学者たちは成功した 考慮すべき変数がたくさんある。

たとえば、マグネター (中性子星の一種) は非常に密度が高いため、小さじ 1 杯の物質の重さは地球上で約 10 億トンになります。 このような高密度は、強い重力も意味します。典型的なモデルの上にマシュマロが落ちます。 中性子星 それは初期の原子爆弾と同じ影響を与えるでしょう。

強い重力は、マグネターの表面が不安定な場所であり、定期的に X 線と高エネルギー光のバーストを放出することを意味します。 2022 年の高速電波バーストの前に、マグネターは X 線とガンマ線 (さらに高エネルギーの光の波長) のバーストを放出し始め、高出力の宇宙望遠鏡の周辺視野で観察されました。 この活動の増加により、ミッションオペレーターはNICERと ナスター マグネターに直接。

「この異常現象の前に発生したすべてのX線バーストには、原理的には高速電波バーストを発生させるのに十分なエネルギーが含まれているはずですが、そうではありませんでした」と研究共著者でカリフォルニア大学の研究科学者ゾラワル・ワディアシンハ氏は述べた。カリフォルニア。 メリーランド州、カレッジパーク、NASA のゴダード宇宙飛行センター。 「つまり、減速中に何かが変化し、適切な状況が生み出されたようだ。」

高速無線バーストを生成するために SGR 1935+2154 で他に何が起こる可能性がありますか? 一つの要因は、マグネターの外側部分が固体であり、高密度によって内側部分が超流動と呼ばれる状態に押しつぶされることである可能性があります。 場合によっては、回転する水槽内の水の流れのように、この 2 つの値が同期しなくなることがあります。 これが起こると、流体がエネルギーをシェルに伝導する可能性があります。 論文の著者らは、これが高速無線爆発を引き起こした誤動作の原因である可能性が高いと考えている。

もし初期断層によってマグネターの表面に亀裂が生じたとしたら、火山の噴火のように星の内部から物質が宇宙に放出された可能性が高い。 質量の損失により回転物体の速度が低下するため、研究者らはこれがマグネターの急速な減速を説明できると考えています。

将来の研究への影響

しかし、これらの現象のうちの 1 つだけをリアルタイムで観測した後でも、チームはこれらの要因 (またはマグネターの強力な磁場などの他の要因) のどれが高速無線バーストを生成するのかをまだ判断できません。 それらの中には、爆発とはまったく関係のないものもあるかもしれません。

ゴダードの研究者でマグネターを専門とするNICER科学チームのメンバーであるジョージ・ユーンズ氏は、「高速電波バーストの理解にとって重要な何かを我々は間違いなく観察した」と語った。 「しかし、パズルを完成するにはさらに多くのデータが必要だと思います。」

参考文献：「マグネターの高速電波バーストを中心とした急速な回転変化」Chen Ping Hu、Takutoて行った成田、Enoto輝明、George Yunus、Zorawar Wadiasinghe、Matthew J. ベアリング、ウェイン C.J. ホー、セバスチャン ギヨー、ポール S. レイ、トルガ ガヴァー、カウストゥブ ラジワデ、ザブン アルズーマニアン、クリッサ コヴィリオット、アリス K. ハーディングとキース C. ジャンドロー、2024 年 2 月 14 日、 自然。
土井: 10.1038/s41586-023-07012-5

ミッションの詳細

Small Explorer ミッションは、カリフォルニア工科大学が主導し、ワシントンにある NASA 科学ミッション総局のために南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所が管理しており、NuSTAR はデンマーク工科大学およびイタリア宇宙庁 (ASI) と提携して開発されました。 この宇宙船はオービタル・サイエンシズ社によって製造された。 バージニア州ダラスにて。 NuSTAR ミッション オペレーション センターは次の場所にあります。 カリフォルニア大学バークレー校公式データ アーカイブは、NASA ゴダード宇宙飛行センターにある NASA の高エネルギー天体物理科学アーカイブ研究センターに保管されています。 ASI は、ミッションの地上局とミラー データ アーカイブを提供します。 カリフォルニア工科大学によって運営されています ジェット推進研究室 NASA用。