高速電波バーストの発生源をついに特定か？その正体はガンマ線を放射する中性子星

　天文学者を悩ませる不可思議な現象は宇宙にはたくさんあるが、「高速電波バースト（FRB）」もまたその1つだ。

　FRBは、ほんの数ミリ秒という一瞬のうちに、銀河すらも上回るエネルギーが突然放出される謎の現象だ。

　2007年にその存在が知られて以来、100件以上が観測されてきたが、そのほとんどはたった一度きりの現象で、同じ場所で繰り返し観測された例は数えるほどしかない（関連記事）。

　宇宙のどこかで前触れもなく突発的に起きるために観測が難しく、そのために研究もなかなか進んでいない。その正体をめぐっては、ブラックホールや中性子星の衝突といったものから、地球外文明によって人工的に作り出されたといったものまで、さまざまな仮説が提唱されている。

　だがこのほど、11月4日付で『Nature』に掲載された3本の研究が（こちら、こちら、こちら）、ついにFRBの発生源を特定したと報告している。

ガンマ線を放つ中性子星マグネターから高速電波バーストを検出

　この類の突然のエネルギーは何かを破壊すれば作り出すことができる。だが、稀にではあっても高速電波バースト（以下FRB）が繰り返されることがあるという事実は、そこにある何かは破壊されずに存在し続けているということを意味している。

　このことから、中性子星やブラックホールのようなコンパクトな天体が怪しいと睨まれるようになっていた。特に疑わしかったのは、「マグネター」という中性子星の一種だ。

　そして疑惑は正しかった。天の川内のマグネターが高エネルギーのガンマ線を放ったその瞬間、同じ場所からFRBもまた観察されたのだ。

超コンパクトで磁場を持つマグネター星

　マグネターとは、かなり極端な性質を持つ中性子星の中でも、さらに極端な部類に属する天体だ。

　中性子星は、巨大な星が超新星爆発を起こし、崩壊した後にできるコンパクトな星で、太陽に匹敵する質量が半径10キロ程度の範囲に押し込まれている。このような超高密度の星がわずか数ミリ秒で回転していることから、周期的に電波やX線を放つ「パルサー」の正体であるとも考えられている。

　中性子星は通常でも強力な磁場をまとっているが、特定の条件がそろったときにより強力な磁場を形成することがある。それがマグネターだ。

　磁場が親星から受け継がれたものなのか、それともマグネター内部にある超電導物質から発生しているものなのか確かなことは分からない。だがその強さは地球の1兆倍もあり、原子の周囲を飛ぶ電子の軌道を歪め、マグネターに接近する一般的な物質の性質を変えてしまう。

　それほど強力な磁場ならば、粒子を加速させるか、あるいはマグネター内部にある物質が移動して磁場が乱れれば、高エネルギー現象を引き起こせると考えられる。

マグネターで高エネルギーパルスとFRBが同時に観測

　マグネターは、半定期的に高エネルギーX線や低エネルギー・ガンマ線を放つことから、「軟ガンマ線リピーター（SGR）」との別名がある。これは私たちが暮らす天の川でもいくつか見つかっており、たとえば「SGR 1935+2154」などが知られている。

　今年4月、そのSGR 1935+2154が活動期に入り、高エネルギー光子のパルスがNASAの観測衛星「ニール・ゲーレルス・スウィフト」によって検出された。

　だが、検出されたのはそれだけではなかった。「CHIME（カナダ水素強度マッピング実験）」と「STARE2（短期天文学的電波放射調査）」の2つの観測機器によって、まったく同じ場所とタイミングでFRBが目撃されていたのだ。

必ずしもFRBが観測されるわけではない謎

　不思議なことに、SGR 1935+2154からガンマ線バーストが観察されたときであっても、必ずしもFRBが検出されるわけではない。

　たとえばCHIMEは2019年後半に4度のバーストを観測していたが、このときFRBは検出されなかった。また中国の500メートル球面電波望遠鏡「FAST」は、今年4月に1日8時間もSGR 1935+2154を観測していたにもかかわらず、今回のFRBを観測していない。

　このことから、2つの可能性が考えられるようだ。1つは、FRBが生じるには、ガンマ線バーストを放つ際にごく稀にそろう何らかの条件が必要であるという可能性だ。

　もう1つは、FRBは全方向に放射されているわけではなく、一方向に照射されているという可能性だ。こちらの場合、FRBが観測されるのは、それがたまたま地球めがけて照射されたときだけということになる。

　また、そもそも今回検出されたものが、過去に観察されてきたFRBと同じ現象なのかどうかもよく分からないという。

　STARE2の研究グループの試算によれば、4月のFRBのエネルギーは1034エルグだとされている。しかし一般的なFRBは出だしからその100倍も強力で、最終的には1043エルグを超える。4月に検出されたFRBは、エネルギーが桁違いに弱いのだ。

　したがって今回の発見はFRBの謎の解明につながる大きなヒントではあるだろうが、これをもって正体が完全に突き止められたとまでは言えないようだ。

References:public.nrao / arstechnica / sciencealert/ written by hiroching / edited by parumo
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