広島大ら,連星が高エネルギー粒子を撒き散らす様子を観測

広島大学や米NASAなど,日本とアメリカ他の国際共同研究グループは,銀河系で最大級の質量の連星「りゅうこつ座エータ星」を,硬X線で4年間にわたって複数回観測した(ニュースリリース)。

利用したのは,1万電子ボルト以上の硬X線を集光できる望遠鏡を初めて搭載したNuSTAR衛星。この衛星は現在唯一,硬X線での高解像度な撮像観測を行なえる。

8年前のフェルミ・ガンマ線衛星のデータ解析により,強力なガンマ線が「りゅうこつ座エータ星」付近から到来していることが分かった。そのようなガンマ線を放射するには,ほぼ光速まで加速された超高エネルギーの粒子が必要。しかしそのような粒子を作り出す極めて激しい活動現象は,「りゅうこつ座エータ星」では予期されていなかった。

フェルミ衛星はガンマ線の飛んで来る方向をさほど精度良く決められないため,近くに知られていない高エネルギー天体が隠れている可能性があった。今回のNuSTAR衛星の観測では,同じ高エネルギー粒子からの硬X線波長域での放射を見つけ,その硬X線が「りゅうこつ座エータ星」から来ていることを高い位置精度(5秒角以内,フェルミ衛星の数十倍高精度)で突き止めた。

NuSTAR衛星は更に,硬X線の強度変動を高い精度で測定(測光)できる。研究グループは「りゅうこつ座エータ星」を継続的に観測し,連星がお互いに近づくタイミングで,硬X線の強度が数ヶ月間急激に弱まる現象を発見した。これは,超高エネルギー粒子が連星間の相互作用で出来ている事を明確に示すもの。

大質量の星は,陽子や電子といった荷電粒子を,風のように高速に吹き出す。大質量星が連星を成す場合,お互いから吹き出す星風は中間で激しく衝突し,衝撃波を定常的に形成する。星風中の粒子の一部は,この衝撃波にのって加速するかもしれないと考えられてきた。今回の観測は,この機構が「りゅうこつ座エータ星」で実際に働いて粒子がほぼ光速まで加速され,星から外の宇宙空間に撒き散らされている事を明らかにした。

宇宙線は,宇宙飛行士や飛行機のパイロットの被曝の原因や,自然現象として雲の発生の要因にもなるため,どこでどのように作られるのかは重要な問題の一つ。宇宙線は陽子や電子といった荷電粒子のため,飛ぶ方向が宇宙空間に漂う磁場で曲げられてしまい,個々の粒子の飛来方向を地球で測っても,それらがもともとどの天体からやって来たのかわからない。

一方で,硬X線やガンマ線を含む電磁波は磁場の影響を受けない事から,「りゅうこつ座エータ星」が宇宙線粒子の生成箇所と特定できた。今後,「りゅうこつ座エータ星」や,これに似た連星を更に観測することで,恒星の連星が宇宙線をどれだけ作り出しているのか,また恒星の星風どうしの相互作用でどのように高エネルギー粒子の加速が行なわれるのかなどの理解が進むとしている。

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