史上最も明るい宇宙爆発: 科学者たちはその持続性の謎を解明したかもしれない

1960 年代後半に米国の軍事衛星によって初めて偶然検出されたガンマ線バースト (GRB) として知られる宇宙爆発は、宇宙で最も明るい爆発であると理解されるようになりました。

通常、それらは遠くの銀河でのブラックホールの大変動の誕生の結果です。 これが起こる方法の 1 つは、単一の巨大な星の崩壊です。

私のようなこの分野で研究している天文学者は、GRB に関わる巨大なエネルギー規模をよく知っています。 私たちは、太陽がその生涯を通して放出するのと同じくらい多くのエネルギーをガンマ線として放出できることを知っています。 しかし時折、それでも私たちを立ち止まらせる出来事が観察されます。

2022年10月、軌道衛星フェルミとニール・ゲーレルス・スウィフト天文台のガンマ線検出器が、GRB 221009A（検出日）として知られるバーストを発見した。

これはすぐに記録樹立者であることが判明しました。 この現象を研究し観察している天文学者の間で便利な略称として、これは史上最も明るい、または「ボート」と呼ばれました。 ボートは明るく始まっただけでなく、他のバーストのように消えていくこともありませんでした。

なぜバーストが非常に明るかったのかはまだ完全にはわかっていませんが、Science Advancesに掲載された新しい研究は、その頑固な持続性についての答えを提供します。

バーストは 24 億光年の距離から発生しました。これは GRB としては比較的近い距離です。 しかし、相対的な距離を考慮したとしても、この出来事のエネルギーとその余波によって生じた放射線は桁外れでした。 宇宙的に遠い出来事が地球の上層大気中に約ギガワットの電力を蓄積することは明らかに正常ではありません。

ボートなどの GRB は、光速に非常に近い速度で移動するガスの流れを宇宙に発射します。 ジェットがどのように正確に発射されるのかはまだ謎の部分が残っていますが、おそらく、ブラック ホールが形成されている場所の近くの磁場が関係していると考えられます。

私たちがバーストとして見るのは、このジェットからの初期の放出です。 その後、ジェット機の速度が低下し、電波から（例外的に）ガンマ線まで、追加の放射線、つまり消えゆく光の残光が生成されます。

私たちはジェットを直接観測しているわけではありません。 代わりに、遠くの星のように、私たちは GRB を空の点として見ます。 それにもかかわらず、GRB はすべての方向に均等に爆発しないと信じる十分な理由があります。 GRB 221009A の場合、地球上で検出されたエネルギー量を他のすべての方向で乗算する必要があるため、これは確かに不合理です。これは、どの星が利用できるよりもはるかに多くのエネルギーに相当します。

GRB が私たちに大まかに指差しているジェット機から来ているというもう 1 つの兆候は、特殊相対性理論によるものです。 相対性理論は、光源がどれほど速く私たちに向かって移動しても、光の速度は一定であることを教えてくれます。 しかし、それでも光の方向が歪む可能性はあります。 この楽しい家のようなミラー効果のおかげで、高速で移動するジェットの表面からあらゆる方向に放出される光は、最終的にその進行方向に沿って強く集束します。

そうは言っても、私たちの方向に向かうジェットの端はほんのわずかに湾曲しており、その光は私たちの方向から離れた方向に焦点を合わせていることを意味します。 通常、ジェット機の速度が低下して初めてエッジが視界に入り、残光がより速く消え始めます。

しかし、ここでも GRB 221009A はルールを破りました。 そのエッジは決して表示されず、通常は消えない非常に明るいバーストの選択されたグループに加わりました。 ゆっくりと消え始めてすぐに消えるのではなく、時間の経過とともに着実に消えていきます。

私たちの研究では、ジェットのエッジの外観をボートの観察と一致する方法で隠すことができる方法を実証します。 重要なアイデアは次のとおりです。はい、幅の狭いジェットが発射されましたが、崩壊する星から逃げるのに苦労し、ジェットの側面に沿って星のガスと大量に混合しました。

これが本当に当てはまるかどうかをテストするために、この混合を示すコンピューター シミュレーションの結果を取得し、実際にボート データと直接比較できるモデルに実装しました。 そして、通常なら強く消えていく信号にすぐに切り替わるはずの出来事が、今では長引く出来事になったことを示しました。

死にかけている星の衝撃加熱されたガスからの放射は、私たちの視線の中に現れ続け、なぜそれが非常に明るいままであるかを説明しました。 これは、ジェット機の特徴的な特徴が全体の放出から失われるまでずっと起こり続けました。

このようにして、GRB 221009A はシミュレーションからの期待を確認するだけでなく、ジェットエッジが現れるのを待っている間に人々がエネルギー推定値を上方修正し続けなければならなかった過去に見られた同様の明るい出来事への手がかりも提供します。

これほど明るいバーストが見られる確率は約 1,000 年に 1 回であると計算されており、それを発見できたのは幸運でした。 しかし疑問は残る。 たとえば、磁場はどのような役割を果たしますか?

理論家や数値モデラーは、私たちが次に到来する大きなイベントに目を光らせている間、ボートのデータを精査しながら、これらの問題を何年にもわたって調査することになるでしょう。

この記事は、クリエイティブ コモンズ ライセンスの下で The Conversation から再公開されています。 元の記事を読んでください。

画像クレジット: NASA。 これまでで最も明るいガンマ線バーストのX線が塵の層に反射し、最初の爆発の広範囲にわたる「光エコー」を生み出した。