東大ら,ガンマ線と可視光偏光の同時観測に成功

東京大学,金沢大学,広島大学,東北大学,メキシコ国立自治大学,イスラエル・オープン大学らは,フェルミ宇宙ガンマ線望遠鏡衛星と東広島天文台かなた望遠鏡を用いて,宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストからのガンマ線と可視光偏光の同時観測に成功した(ニュースリリース)。

ガンマ線バーストは,数秒から数百秒の短い時間で爆発的にガンマ線を放つ天体現象。宇宙のあらゆる天体現象より明るく輝く爆発現象でありながら,いつどこでガンマ線バーストが起きるか分からないため,事前に予測して観測することが難しくその正体はよく分かっていなかった。

これまでの多くの観測や理論研究によって,太陽よりもずっと重い星が自身の重力で潰れて崩壊するときに,ガンマ線バーストが起きると考えられている。星が崩壊し,中心部にブラックホールが生まれた瞬間に,プラズマのジェットが光速に近い速度で噴き出し,ジェットの内部で衝撃波が形成される。

そして,その衝撃波の中で高エネルギー粒子が加速され,磁場と相互作用することでガンマ線を放射すると考えられている。しかし,このガンマ線バーストのジェットを万物の速度の極限ともいえる光速に近い速度までどのように加速し,衝撃波の内部にどのような磁場が形成されてガンマ線が生まれるのかよく分かっていなかった。

今回,ガンマ線と可視光の同時観測により,ジェット内部を逆方向に進む衝撃波がガンマ線放射に大きく寄与していることが初めて分かった。さらに,この研究では,光の向きの偏りを調べることができる偏光観測を爆発発生から80秒後という極めて早い時間帯で観測できた。

このことは,ガンマ線バーストのジェット内部に2種類の衝撃波が存在し,それぞれの衝撃波の磁場構造が全く異なることも新たに明らかにした。ジェット内部で作られる衝撃波によって高エネルギー粒子が誕生し,その粒子が磁場と作用することでガンマ線が生じると考えられている。

つまり,ガンマ線の放射起源を知る上で,磁場はなくてはならない情報であり,ガンマ線を放つジェット内部の磁場構造を明らかにできたのはこの研究が初めて。また,ジェットを光速近くまで加速する機構として,磁場駆動モデルが提案されているが,そうしたモデルに制限を与える重要な結果となる。

研究グループは,今回のような広い波長での同時観測が,今後のマルチメッセンジャー天文学においても大きな役割を果たすことが期待されるとしている。

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