広大ら,気球で天体からの硬X線偏光を観測

広島大学,東京大学,名古屋大学,早稲田大学ら日本とスウェーデンのPoGO+(ポゴプラス)国際共同研究グループは,パルサー星雲である「かに星雲」からの硬X線放射の偏光観測を実施した(ニュースリリース)。

広島大学と東京大学は検出器の組み上げと大気球の運用を,名古屋大学は読み出し回路,早稲田大学は光センサーの開発を中心となって行なった。日本とスウェーデンで共同開発した硬X線の偏光検出器PoGO+で,硬X線による天体からの偏光情報を世界で初めて検出した。

偏光観測は,イメージとして見ることのできない天体の磁場情報や,イメージでは空間分解できないようなミクロな構造・物理を調べることができる強力な手段であり,イメージ,タイミング,エネルギー測定とは相補的なプローブとなる。しかし,とくにX線やガンマ線の観測では検出器の技術的な困難などから精度の良い偏光観測はほとんど実施できていなかった。

研究グループでは,直径100mにも膨らむ大気球を2011-2016年の3回にわたってスウェーデンから放球し,検出器の性能を向上させてきた。人工衛星に比べ気球実験は,新規探索のサイエンスに向いている,最先端の技術を利用できる,経験に基づいて改良を加えられるという利点がある。

このメリットを活かし,昨年の3回目のフライトで,硬X線の帯域において世界で初めて信頼性の高い偏光情報を得ることに成功した。この結果は,これまで観測されていた1桁エネルギーの低いX線の偏光情報とおおむね一致するものだった。

硬X線を放射している宇宙線は,X線の場合に比べてエネルギーを失ってしまう寿命が1/3と短い(3年)ため,「かに星雲」のより中心(パルサー)に近い領域から放射されていると考えられる。今回の偏光の観測結果は,パルサーに近く磁場の向きが整ったままである(偏光度も高い)と予想されていた場所において,すでに磁場の向きが乱れていることを示すもの。

今後は,「ひとみ」衛星をはじめ,他の衛星の観測結果や理論研究から,磁場構造などのパルサー星雲の描像が明らかになり,どのように高エネルギー宇宙線が加速されているのかについて理解が進むと期待されるという。

またPoGO+グループでは3回目のフライト中に,「かに星雲」に加えブラックホール連星系「はくちょう座X-1」の偏光観測も実施している。この観測結果からも,恒星からブラックホールへ降着する(吸い込まれていく)物質の幾何学的な構造を明らかにすべく,データ解析が進められている。

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