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Oct 08, 2023

これまでに検出された最も明るい宇宙爆発には他にもユニークな特徴があった

Getti di particelle perforano la stella mentre collassa in un buco nero

このアーティストのコンセプトで描かれているように、典型的なガンマ線バースト中に星がブラック ホールに崩壊するときに、粒子のジェットが星を突き刺します。 ガンマ線バースト 221009A によって生成されたジェットには、いくつかのユニークな特徴がありました。

NASA の NuSTAR X 線望遠鏡による観測は、これまでに検出された中で最も明るく最もエネルギーの高いガンマ線バーストに関する新たな手がかりを天文学者に与えました。

2022 年 10 月 9 日に科学者が GRB 221009A として知られるガンマ線バーストを検出したとき、彼らはこれを史上最も明るい、または BOAT と名付けました。 ガンマ線バーストのほとんどは、太陽よりも重い星の核が崩壊してブラックホールになるときに発生します。 これらのイベントは、太陽がその一生の間に放出するのと同じ量のエネルギーを数分間で定期的に放出します。 追跡調査により、GRB 221009A は以前の記録保持者よりも 70 倍明るく、はるかにエネルギーが高いことが示されました。 科学者たちはその理由をまだ理解していませんが、NASAのNuSTAR（核分光望遠鏡アレイ）天文台から興味深い手がかりを受け取りました。

Science Advances誌に6月7日に掲載された研究では、科学者らはこの現象のNuSTAR観測を利用して、崩壊する星がガンマ線バーストジェットの中でこれまで観察されなかった形状の物質ジェットやその他のユニークなジェットをどのように放出したかを示した。特徴。 これらの違いの原因は始原星である可能性があり、その物理的特性がバーストの特性に影響を与える可能性があります。 まったく異なるメカニズムが非常に明るいジェットを宇宙に発射する可能性もあります。

宇宙で最もエネルギーの高い種類の爆発であるガンマ線バーストは、数十億光年離れた場所でも発見できます。 GRB 221009A は、2022 年 10 月 9 日に検出されたとき、宇宙にあるほとんどのガンマ線機器を事実上盲目にするほど発光した。

「この出来事は、私たちがこれまでに見たどのガンマ線バーストよりもはるかに明るく、よりエネルギー的でした。それに近いものではありません」と、新しい研究の筆頭著者でワシントンのジョージ・ワシントン大学の天文学者であるブレンダン・オコナー氏は述べた。 「その後、NuSTAR データを分析したところ、このユニークなジェット構造も持っていることが分かりました。そして、それは本当に刺激的でした。なぜなら、この出来事を引き起こした星を研究する方法がないからです。その星はもうなくなってしまったからです。しかし、今ではいくつかの星が見つかりました。データは、どのように爆発したかについての手がかりを与えてくれます。」

ハッブル宇宙望遠鏡は、GRB 221009A として知られるガンマ線バーストとその主銀河の赤外線残光 (丸で囲んだ部分) を捉えました。 この合成画像には、噴火から約 1 か月と 2 か月後の 2022 年 11 月 8 日と 12 月 4 日に撮影された画像が組み込まれています。 残光は数年間検出可能なままになる場合があります。

ガンマ線は宇宙で最もエネルギーの高い光ですが、人間の目には見えません。 既知のガンマ線バーストはすべて、天の川銀河の外側の銀河で発生していますが、その明るさは数十億光年離れたところでも発見できるほどです。 点滅して存在するものは 2 秒未満ですが、いわゆるロングガンマ線バーストは通常​​ 1 分以上ガンマ線を放射します。 これらの物体は数週間にわたって他の波長を放射する可能性があります。

長いガンマ線バーストである GRB 221009A は非常に明るかったため、宇宙にあるほとんどのガンマ線機器を効果的に盲目にしました。 米国の科学者は、NASA のフェルミ ガンマ線宇宙望遠鏡からのデータを使用してこの現象を再構成し、実際の明るさを測定することができました。 (BOAT は、NASA のハッブル宇宙望遠鏡とジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡、NASA の宇宙船ウィンドとボイジャー 1 号、ESA (欧州宇宙機関) のソーラー オービターによっても検出されました。)

他のガンマ線バーストと同様に、GRB 221009Aでは、消防ホースから宇宙に発射されるかのように、崩壊する星からジェットが噴出し、ジェットの中心にある高温のガスと粒子からガンマ線が放射されました。 しかし、GRB 221009A のジェット機はいくつかの点で際立っていました。 これまでに観測されたほぼすべてのガンマ線バーストにおいて、ジェットは驚くほどコンパクトなままであり、狭いビームの外側には迷光や物質はほとんど、あるいはまったくありませんでした。 (実際、ガンマ線バーストは非常にコンパクトなので、ガンマ線のジェットが地球にほぼ直接向けられている場合にのみ観測できます。)

対照的に、GRB 221009A では、ジェットのコアは狭く、側面は広く傾斜していました。 最も高エネルギーのガンマ線ジェットのいくつかは同様の特性を示していますが、BOAT からのジェットは、ある重要な点で独特でした。GRB 221009A の物質のエネルギーも変化しました。つまり、ジェット内のすべての物質が、同じエネルギー - 銃から発射される一発の弾丸のような - 物質のエネルギーは、ジェットのコアからの距離に応じて変化します。 これは、これまで長いガンマ線バーストジェットでは観察されたことがありません。

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「異なるジェット構造を生成し、エネルギーを変化させる唯一の方法は、大きさ、質量、密度、磁場など、爆発した星の一部の特性を変化させることだ」とウィスコンシン大学の物理学教授エレオノラ​​・トロヤ氏は述べた。 NuSTAR がこのイベントの観測を主導したローマ。 「それは、ジェットが基本的に恒星から強制的に脱出する必要があるためです。したがって、たとえば、ジェットが受ける抵抗の量は、ジェットの特徴に潜在的に影響を与える可能性があります。」

天文学者はガンマ線ジェットからの光を見ることができますが、距離があるため、ジェットの画像を直接分解することはできません。 研究者は、遠く離れた物体の物理的特徴を知るために、これらの出来事からの光を解釈する必要があります。 それは、雪の上の足跡を見て、それを残した人の身体的特徴について何かを推測するようなものです。

多くの場合、宇宙の出来事からの光については複数の説明が考えられます。 NASA のニール・ゲーレルス・スウィフト天文台や中性子星内部組成探査機 (NICER)、ESA の XMM-ニュートン望遠鏡など、複数の X 線望遠鏡が GRB 221009A を観測しました。 NuSTAR データは、それらの可能性を絞り込むのに役立ちました。 これは、ジェットが宇宙に向かうときに、星間物質、つまり星と星の間の空間を満たす原子と粒子のまばらな海と衝突したことを示しています。 この衝突により、ガンマ線よりわずかにエネルギーの低い光の粒子である X 線が生成されました。

「宇宙では複数のX線望遠鏡が稼働しており、それぞれ異なる強度を持っており、天文学者がこれらの宇宙天体をより深く理解するのに役立ちます」と南カリフォルニアにあるNASAジェット推進研究所のNuSTARプロジェクト科学者ダニエル・スターン氏は述べた。

カリフォルニア工科大学が主導し、ワシントンにある NASA 科学ミッション局の JPL が管理する小型探査ミッションである NuSTAR は、デンマーク工科大学およびイタリア宇宙庁 (ASI) と提携して開発されました。 この宇宙船は、バージニア州ダレスにある Orbital Sciences Corp. によって製造されました。 NuSTAR のミッション運用センターはカリフォルニア大学バークレー校にあり、公式データ アーカイブはメリーランド州グリーンベルトにある NASA のゴダード宇宙飛行センターにある NASA の高エネルギー天体物理学科学アーカイブ研究センターにあります。 ASI は、ミッションの地上局とミラー データ アーカイブを提供します。 カリフォルニア工科大学は NASA の JPL を管理しています。

NuSTAR ミッションの詳細については、以下をご覧ください。

https://www.nustar.caltech.edu/

カーラ・コフィールド

ジェット推進研究所、カリフォルニア州パサデナ

626-808-2469

[email protected]

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