東大ら,史上最も明るいガンマ線バーストを検出

東京大学,千葉大学,京都大学は,観測史上最も明るいガンマ線バースト(GRB),GRB 221009Aからの高エネルギーガンマ線放射の検出に成功した(ニュースリリース)。

GRBは宇宙で最も強力な現象の1つで,太陽が一生のうちに放出するエネルギーをわずか数秒の間に放射することで知られている。

GRBは大きく分けて2種類が知られており,放射時間の長いものは極めて明るい超新星と関係がある一方,短いものは中性子星同士の合体によると予測されている。明るい時間の短さや,ガンマ線が宇宙から届く間に減衰する効果により,高エネルギーガンマ線でのGRBの検出は非常に困難となっている。

2022年10月9日,極めて明るいGRB 221009Aが検出された。その明るさは観測史上最高であり,いくつかの検出器を飽和させるほどだった。

この報告を受けて,世界中の望遠鏡による追観測が行なわれた。CTAO観測所の北半球サイトであるスペインのカナリア諸島ラパルマ島で稼働中であるLST-1望遠鏡も,GRB発生のわずか1.33日後から20日間にわたる追観測を行なった。

このGRBの発生が地球上での満月の時期に重なったため,取得された初期データには月光が強く影響していた。チェレンコフ望遠鏡では高感度の光検出器をカメラとして用いているため,月が明るいときの観測には困難が伴う。

LST-1望遠鏡も観測を休止している時期だったが,このGRBの重要度を鑑みて緊急観測を行なうこととなり,チェレンコフ望遠鏡として最も早い時期からの観測を行なった。

その後,取得されたデータの解析にも同様の理由による困難が伴なった。通常の解析が通用せず,一から解析手法を確立して解析した結果,GRB 221009Aからの高エネルギーガンマ線の検出を認めた。これは新発見として報告する有意度にはわずかに届かなかったものの,GRBの理論予測を制限し区別するのに十分なものだった。

GRBはプラズマ粒子の超高速流ジェットによるものだと考えられており,その根元にある中心エンジンはブラックホールか中性子星の連星と予想されている。しかしジェットが根元でどのように作られているのかは大きな謎となっている。

今回のLST-1望遠鏡による観測結果は,このGRBのジェットが複雑な構造をもつことを支持し,中心の細い剣の周りに,より太くより遅い粒子のさやをもつような構造を示唆する。

加速粒子の流れ,ジェットが多層構造を持つことがわかったことから,研究グループは,この天体種の発生機構とそこでの高エネルギー粒子加速の研究に新たな知見をもたらしたとしている。

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