最も明るいガンマ

宇宙の彼方の大質量星の死は地球上の雷に影響を与え、天の川について私たちに教えてくれる可能性があります。

2022 年 10 月初旬、ガンマ線バーストによる高エネルギー放射線の波が地球上を襲いました。これは、宇宙がもたらす最も特異な壊滅的で暴力的な出来事の 1 つです。 天文学者らはすぐにその距離を測定し、これがこれまでに観測された中で最も近いバーストであること、つまり地球からわずか20億光年の距離にあることを発見した。 あるいは、お望みであれば、私たちから 200 億兆キロメートル離れたところにあります。これは、観測可能な宇宙のサイズのかなりの部分です。

天文学者にとって、「近い」ということは何か違うことを意味します。 これは宇宙的に見て非常に近かったため、地球上および地上の天文台によって検出され、すでに科学的宝の山がもたらされています。 しかし、人間の観点から見てこの途方もない距離からでも、それはX線とガンマ線でこれまでに観察されたこのような出来事の中で最も明るく、人々が小型のアマチュア望遠鏡でその可視光の放射を見つけるのに十分な明るさ​​であり、私たちの地球に物理的に影響を与えることさえできました。上の雰囲気。 それにもかかわらず、このガンマ線バーストは私たちに危険をもたらすものではありません。 いずれにせよ、距離を置いてくれるのは嬉しいですね。

ガンマ線バースト (GRB) は、光の最高エネルギー形態であるガンマ線の強力な爆発であり、通常、長さは数分の一から数分続きます。 ガンマ線バーストは冷戦以来、天文学者にとっての謎であり、1960年代に地球上または上空で実験された核兵器を探すために軌道上の探知機によって最初のガンマ線バーストが発見された。 それ以来、1,700以上が観察されています。 それでも、それらをより従来型の望遠鏡で観察し、それらが何であるかをよりよく理解できるように空に十分に固定するまでには数十年かかりました。 それでも、それぞれの GRB には特異性があり、グループとして理解するのは困難でした。

それにもかかわらず、私たちはそれらの基本的な性質を十分に理解しています。 持続時間の短いバースト (通常は長くても数秒) は、2 つの超高密度の中性子星が衝突して激しいエネルギーを放出することから発生します。一方、持続時間の長いバースト (数分間続く) は、寿命の終わりに爆発する巨大な星から発生します。 星の中心部が崩壊し、ブラックホールが形成されます。 ブラックホールにすぐに飲み込まれなかった物質の渦巻く円盤がその周囲に急速に形成され、一方が上を向き、もう一方が下を向いた強力なエネルギーの二本のビームが円盤から遠ざかるように宇宙空間に放出される。 これらは死にかけている星を食い込み、外側に噴火する一方、星の残りの部分は非常に強力な超新星として爆発します。

ガンマ線バーストのエネルギーはほとんど理解できません。ガンマ線バーストは、太陽が 120 億年の寿命全体にわたって放出するのと同じ量のエネルギーを数秒で放出することができます。 彼らの力は、しっかりとした集中力から生まれます。 これらの細いビームは爆発エネルギーを非常に狭い方向に集中させます。 ビームがたまたま自分の方向に向けられている場合、何十億光年も離れた場所からでも検出できるほど明るいガンマ線のフラッシュが見えます。 進路の外側には、より典型的な超新星が見えます。

その威力にもかかわらず、ほとんどのバーストは私たちから非常に離れたところにあるため、その光は劇的に暗くなり、それを見るには望遠鏡が必要です。

10月9日に観測された最初のガンマ線バーストにちなんで、GRB 221009Aと名付けられた。その最初のフラッシュは、GRBの位置を検出して迅速に見つけるために特別に設計された、周回中のフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡のセンサーによって最初に検出された。 長時間バーストでも異例の延長となった。 別のガンマ線の爆発が、バーストを観測するために設計された周回望遠鏡の別のセットであるニール・ゲーレルス・スウィフト天文台によって発見された。 その 2 番目のピークはほぼ 1 時間後に発生し、この種のイベントでは通常よりもはるかに遅く、この特定の GRB がどれほどの力を自由に使えるかを示していました。

スウィフトはただちに世界中の天文学者に自動警報を送り、天文学者たちは自分の望遠鏡をバーストに向けて反応した。 瀕死の星を取り囲む物質にビームが衝突することによって引き起こされた可視光線の消えゆく輝きは、宇宙の赤方偏移（宇宙自体の膨張によって引き起こされる光の赤み）を介してその距離を明らかにし、これがこれまでに観測された中で最も近いGRBであることを示した。

天体物理学者ラミ・マンドー氏のツイートは、インドとドイツの雷探知機が、GRBエネルギーが地球に衝突すると同時に、雷からの電磁放射パルスの伝播方法が突然変化したことを示したと指摘した。 これらのパルスは、電子がホスト原子から突然剥ぎ取られ、地球の上層大気の状態が変化したことを示しています。 ガンマ線はこのように原子を電離するため、この爆発は、たとえ穏やかかつ短期間ではあったとしても、地球の大気に物理的な影響を与えた可能性が非常に高いと思われます。 それでも、20億光年離れたところから見ると、これは異常な現象です。

GRB がこれほど近いということは、天文学者がそこから見える光を通常よりも多くの方法で分析できることを意味します。 通常、バーストの光は、それを引き起こしたイベントの詳細を明確に明らかにできるほど明るくありません。 この標本は、科学者がバースト中に形成される中心部のブラック ホール エンジンと、それを取り巻く物理学の非常に複雑な性質をより深く理解するのに役立つ可能性があります。

天の川についても教えてくれます。 スウィフト天文台は、地球からおよそ 600 ～ 12,000 光年離れた天の川の塵雲によって引き起こされた、GRB の位置を中心とする拡大する X 線光の輪を観測しました。 これらの「光エコー」は、GRB への視線のすぐ外にある塵雲に光が当たったときに発生します。そのため、空の明るい点の隣に、それらが横に見えます。 爆発からの光が塵雲に到達し、私たちに向かって散乱するまでにかかる余分な時間が短いため、中心から外側に向かって移動する光の輪が見えます。その拡大率は私たちからの距離に関係しています。 これらのリングを測定することで、天文学者は雲までの距離を決定することができました。

特に最初のバーストが光学望遠鏡で観測され、その距離が文字通り宇宙的なものであると判明した 1990 年代以降、大きな進歩が見られましたが、それらについてはまだ理解されていないことが多くあります。 GRB 221009A は今でも世界中の望遠鏡で観測されており、これらの非常に多様で奇妙で強力な出来事のロゼッタストーンであることが証明されるかもしれません。」

編集者注: これは、天文学者で作家のフィル・プレイトによる新しい毎月のコラムの最初の記事です。 Plait 氏は元ハッブル宇宙望遠鏡の研究者で、ScientificAmerican.com を含め、宇宙に関する数多くの書籍や記事を執筆しています。

フィル・プレイトコロラド州のプロの天文学者であり科学コミュニケーターです。 彼は「Bad Astronomy Newsletter」を執筆しています。 Twitter @BadAstronomer で彼をフォローしてください クレジット: Nick Higgins

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