可視光を超えて: ガンマ線の秘密を解明する

国立研究大学経済学部高等部より2023年8月1日

太陽の10倍の質量を超える星は大爆発を起こし、宇宙望遠鏡で検出できる短時間の予測不可能なガンマ線バーストを伴ってブラックホールに変化します。 2021 年の GRB 210619B に見られるように、これらのバーストとそれに関連する光放射の詳細な研究により、これらの星の爆発の仕組みとそれが生み出す条件に関する貴重なデータが得られました。

現代天体物理学の先駆者の一人であるジョセフ・シュクロフスキーは、星の存在は、星を縮めようとする重力と、星を分散させようとする反対のガス圧という、2つの相反する力の間の永遠の闘争であると主張した。 星の核に燃料を供給する熱核反応が停止すると、星はバランスを維持する能力を失い、特異点に崩壊し始めます。

このシナリオは、質量が太陽の10倍を超える星に起こると、核の収縮と外殻の爆発的な破壊をもたらします。 これにより、銀河規模での非常に強力な爆発が起こります。 これが、最も重い星がブラックホールに変化する方法です。

これらの爆発には、ガンマ線の強烈なバーストが伴います。これは、私たちがよく知っている可視光の量子よりも何百万倍も大きなエネルギーを運ぶ光子の流れです。

ガンマ線バーストは非常に短く、持続時間は数分の一から数百秒までの範囲であり、予測不可能な出来事です。 上空の正確な位置とガンマ線バーストの正確なタイミングを予測する方法はありません。 さらに、地球の大気はガンマ線を遮断するため、ガンマ線バーストは宇宙望遠鏡を使用しないと検出できません。

ガンマ線バーストは 1960 年代後半から記録されています。 長年にわたり、科学者は人間の目には見えないガンマ線のみを記録してきました。 しかし、これらのバーストには地球から観測可能な光放射が伴う可能性があるという示唆もあった。 実際、1999 年 1 月 23 日に初めて観測されました。

光放射の迅速な検出を可能にするために、科学者はバーストの位置からリアルタイムのデータを直接収集する機能を備えたロボット望遠鏡を開発しました。 2021 年 6 月 20 日、これまでに記録されている中で最も強力なガンマ線バーストの 1 つである GRB 210619B が、チェコ共和国とスペインにある望遠鏡と、カザン連邦大学が所有するロシアの Mini-MegaTORTORA システムを使用して観測されました。北コーカサス。 望遠鏡はガンマ線フラッシュの 28 秒後に明るい残光の記録を開始しました。 3 台の望遠鏡から同時に取得したデータにより、光曲線の全体的な形状、異なる時点での光スペクトルの傾き、光放射の初期のマルチバンド展開を再構築することが可能になりました。

"我々は幸運だった。 まず、かなり明るい残光が観察されました。 次に、フレームを頻繁にキャプチャすることで、高い時間分解能で観測しました。 第三に、光放射のスペクトルに関する情報を取得しました。 Mini-MegaTORTORAシステムでは、青色と可視光（黄緑色）を含む一連の光学フィルターを同時に使用して観察を行うことができました。 つまり、全体の明るさだけでなく、特定の色ごとに表示される明るさも測定しました。 これはまれで、事実上ユニークなケースです」と、この研究の共著者であり、HSE物理学部の准教授であるアントン・ビリュコフ氏は述べています。

光学的範囲を含むさまざまな波長帯にわたる放射線に関する詳細なデータが利用可能になったことにより、光学的放射線が発生した領域でのガンマ線バーストに関連する媒体の物理的パラメーターを決定することが可能になりました。 「このグループが入手した広範なデータセットにより、ガンマ線バースト現象の内部の仕組みを調査することができました。 それはガンマ線バーストを外科的に解剖し、その内部メカニズムをのぞき込むことに似ていて、運動する粒子、そのエネルギーレベル、周囲の媒体の密度、それに関係する磁場の特性を調べるのです」と科学者は説明した。