宇宙からの奇妙で断続的な電波信号が天文学者を困惑させている

2024年6月6日

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天文学者が電波望遠鏡を宇宙に向けると、時折、広大な宇宙の彼方から発せられる断続的な電波のバーストを検出することがある。これらは「電波トランジェント」と呼ばれ、一度だけ現れて再び見られることのないものもあれば、予測可能なパターンで点滅するものもある。

ほとんどの電波トランジェントはパルサーと呼ばれる回転する中性子星から来ていると考えられている。パルサーは宇宙の灯台のように規則的な電波の閃光を放つ。通常、これらの中性子星は信じられないほどの速度で回転しており、一回転に数秒またはそれ未満の時間しかかからない。

最近、天文学者がこれまでに見たことのない電波トランジェントを発見した。その周期はほぼ1時間（これまでに観測された中で最も長い）であり、いくつかの観測では長く明るい閃光を放つこともあれば、短く弱いパルスを放つこともあり、また全く何も放たないこともあった。

これが何を意味するのか、私たちにはまだ完全には解明できていない。非常に異常な中性子星である可能性が高いが、他の可能性を排除することはできない。私たちの研究は『Nature Astronomy』に発表されている。

幸運な発見

ASKAP J1935+2148を紹介しよう（名前の数字は空の中の位置を示している）。この周期的な電波トランジェントは、CSIROのASKAP電波望遠鏡を使用して、オーストラリア西部のWajarri Yamajiカントリーで発見された。

この望遠鏡は非常に広い視野を持ち、宇宙の大部分を迅速に調査することができるため、新しい現象や珍しい現象を検出するのに非常に適している。

ASKAPを使用して、ガンマ線源を同時に監視し、ファストラジオバーストからのパルスを探していたところ、データの中でASKAP J1935+2148がゆっくりと点滅しているのを見つけた。この信号は「円偏波」の電波で構成されているため目立っていた。円偏波とは、信号が宇宙を通過する際に波の方向が螺旋状に回転することを意味している。

ASKAP電波望遠鏡は、空全体の偏波電波信号を検出する。(Credit: ASKAP)

私たちの目は円偏波の光と普通の非偏波の光を区別することができない。しかし、ASKAPはポラロイドサングラスのように機能し、数千の通常の光源からの眩しさを除去する。

初期の検出後、私たちはASKAPと、より感度の高い南アフリカのMeerKAT電波望遠鏡を使用して、数ヶ月にわたって追加の観測を行った。

これまでに見つかった中で最も遅い電波トランジェント

ASKAP J1935+2148は、比較的新しい長周期電波トランジェントのクラスに属している。これまでに見つかったのは他に2つしかなく、ASKAP J1935+2148の53.8分という周期は最も長い。

しかし、極端に長い周期は始まりに過ぎない。ASKAP J1935+2148は、3つの異なる状態またはモードで観測されている。

最初の状態では、10秒から50秒続く明るい線偏波のパルスが見られる。2番目の状態では、370ミリ秒しか続かない非常に弱い円偏波のパルスが見られる。3番目の状態は、全くパルスが見られない静止または抑制された状態である。

file 20240605 17 b6wxw6 — 点滅を繰り返すASKAP J1935+2148。上空の光る雲は、超新星残骸と呼ばれる大昔に爆発した星の残骸である。(Credit: Emil Lenc, CC BY-NC)

これらの異なるモードとそれらの切り替えは、発生源自体の複雑な磁場とプラズマの流れが、周囲の強い磁場と相互作用することで生じる可能性がある。

中性子星でも似たようなパターンが見られるが、現在の中性子星の理解では、これほど長い周期を持つことはできないとされている。

中性子星と白色矮星

これほど長い周期を持つ信号の起源は深い謎であり、ゆっくり回転する中性子星が最有力候補である。しかし、その天体が白色矮星である可能性も排除できない。白色矮星は、燃料を使い果たした星の地球サイズの燃え殻である。

白色矮星はしばしば遅い回転周期を持つが、私たちがここで見ているような電波信号を生成する方法は知られていない。さらに、近くに他の高磁場の白色矮星が存在しないため、中性子星の説明がより妥当である。

一つの説明として、その天体が他の見えない星と共に連星系を構成している可能性がある。中性子星や白色矮星が別の星の周りを回っているのかもしれない。

この天体は、私たちが数十年前に確立した中性子星や白色矮星に関する理解、特にそれらが電波を放射する方法や銀河内での分布について再考を促すかもしれない。さらなる研究が必要であり、天体が何であるかを確認する必要があるが、どちらのシナリオもこれらの極端な天体の物理に貴重な洞察を提供するだろう。

探索は続く

ASKAP J1935+2148がどれだけ長い間電波信号を放出していたのかはわからない。電波天文学の調査は通常、これほど長い周期を持つ天体を探さないためである。さらに、この源からの電波放出は、放射状態に応じて回転周期のわずか0.01%から1.5%の間でしか検出されない。

したがって、ASKAP J1935+2148を偶然見つけることができたのは非常に幸運であった。銀河内の他の場所にも、同様の天体が多数存在し、発見を待っている可能性が高い。

本記事は、Manisha Caleb氏とEmil Lenc氏によって執筆され、The Conversationに掲載された記事「A strange intermittent radio signal from space has astronomers puzzled」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。