この過去のクリスマスから元日までの間に、ブライアン・メッツガーは自分の家を独り占めしていることに気付きました — メールは来ないし、教えるべき授業もありません — そしておそらく、天文学の最も頑固な謎の 1 つに対する答えのかすかな光です.
少しのミスですべてが解明されてしまうのではないか、あるいは他の誰かが最初に同じピースを組み立ててしまうのではないかと心配しながら、彼はリードを追い求めました。コロンビア大学の天体物理学者である Metzger は、次のように述べています。 「それは一種のすべてを消費するようになる可能性があります。」
メッツガーは、世界中の多くの研究者とともに、ここ数年、高速電波バースト (FRB) を理解する方法についてブレインストーミングを行ってきました。これらは、ミリ秒単位の強烈で説明のつかない電波信号のブリップであり、空全体に現れ、おそらく 100 万倍も離れているにもかかわらず、一時的に私たちの銀河系の電波パルサーを凌駕しています。 2013 年以前は、多くの天体物理学者がその存在さえ疑っていました。それ以来、研究者たちは何が原因であるかについて何十もの可能な説明を発明してきました。 1 つのカタログには 48 の個別の理論があり、最近までその集計はイベント自体の数を上回っていました。
FRB 理論には 2 つの部分が必要です。これは、手がかりという宇宙ゲームの容疑者と武器にほぼ似ています。容疑者は、膨大な量のエネルギーを解き放つ天体物理学の獣です。この武器は、そのエネルギーを明るい、頭が痛くなるほど異常な無線信号に変換するものです。
現在、メッツガーと彼の同僚は、犯罪現場を再現したと考えています。今月初め、彼らは科学プレプリント サイト arxiv.org で論文を発表しました。この論文では、粒子と磁場の密集した雲が散在する宇宙領域での爆発から FRB が発生する方法を概説しています。
このモデルは、爆発の発生源としてマグネターを好みますが、必須ではありません。マグネターは若い中性子星であり、太陽で噴出するコロナ質量放出の特大バージョンで荷電粒子を放出することがあります。それぞれの新しい爆風は、周囲の雑然としたものに吹き込みます。その際、衝撃波が発生し、それが今度はレーザーのような短い電波の閃光を宇宙の半分に放射します。
コーネル大学の天体物理学者であるジェームズ・コーデス氏は、「非常に一般的に言えば、これは非常に理にかなっている」と述べ、さらに詳細を明らかにする必要があると付け加えた。
しかし、天文学者が本当に気に入っているのは、Metzger の理論が、将来の FRB がどのように見えるべきかについて非常に具体的な予測を生成することです。 CHIME と呼ばれる新しいカナダの電波望遠鏡は、今年後半に完全に稼働した後、毎日 1 ～ 10 個の FRB を検出すると予想されています。昨年夏の最初のテスト中に、1 月に発表された結果であるベーカーズ ダースのバーストが検出されました。マギル大学の天体物理学者で CHIME の FRB チームのメンバーである Shriharsh Tendulkar 氏は、次のように述べています。
衝撃波の速度で
Metzger と彼の同僚である Ben Margalit と Lorenzo Sironi によって開発された理論は、これまでの FRB ケースの最大のブレイクに基づいています。 2016 年、ドイツのボンにあるマックス プランク電波天文学研究所のローラ スピットラーが率いるチームは、繰り返されることが知られている史上初の FRB に関する結果を発表しました。以前は、各イベントは 1 回限りでした。その結果、天文学者は空のどこにいるのかを突き止めることができなかったため、FRB が銀河系のはるか彼方から来たのではないかと疑っていましたが、その場所については何も知りませんでした。しかし、これは予測不可能な間隔で謎めいた爆発の後に爆発を起こしました.
電波天文学者はすぐに、その起源を小さな奇形の矮小銀河に特定しました。これらの無線信号からすべての手がかりを絞り出そうとしたところ、極端な磁場によって捕捉されたプラズマの高密度領域からのものであることがわかりました。彼らはまた、バーストがかすかな一定の電波の輝きに囲まれていることも発見しました。そして昨年 11 月、天文学者のジェイソン・ヘッセルズ (スピットラーらと共に) は、別の奇妙なことに気付きました。各一瞬のバーストには、実際にはいくつかのサブバーストが含まれており、必ず、高周波から低周波へと下方にシフトします。
Metzger のチームにとって、この最後の手がかりは奇妙に見覚えのあるものに思えました。 1950 年代、物理学者は核兵器の爆風を研究して、その威力を推定しました。これらのモデルでは、核爆発による衝撃波面が外側に広がるにつれて、より多くのガスを掃き集めます。その余分な重量は衝撃を遅くし、それが遅くなるため、ドップラー効果のおかげで、衝撃波面から放出された放射線の周波数が下方にシフトします.
Metzger は、この爆風効果が FRB の真の性質を示唆している可能性があると考えていましたが、1 月初旬に突然、CHIME 望遠鏡からの運搬物に別の繰り返しイベントが含まれていました。この無線信号の繰り返しは、同じ下方への周波数ドリフトを示しました。 「アイデアは最初のリピーターにありました」と Metzger 氏は言います。
現在、Metzger、Margalit、Sironi は、主に最初のリピーターのインとアウトの説明に基づいて、完全なモデルをリリースしています。ほんの数年または数十年前に超新星で形成された都市サイズの中性子星であるマグネターを想像してみてください。悪い日の太陽のように、この若いマグネターは時折フレアを放出し、電子、陽電子、そしておそらくより重いイオンを光速に近い速度で吹き飛ばします.
この物質が発射されると、以前のフレアで吐き出された古い粒子に遭遇します。新しい噴出物が古い破片と出会う場所では、衝撃が積み重なり、その中で磁場が急上昇します。衝撃が外側に押し出されると、内部の電子が磁力線に沿って回転し、その動きによって電波のバーストが発生します。その信号は、衝撃が遅くなるにつれて、より高い周波数からより低い周波数にシフトします。 (そしておそらく、遥か彼方の遥か彼方で、地球の天文学者は電波望遠鏡から非常にエキサイティングな電子メールのアラートを受け取ります。)
これらすべてはまだ希薄ですが、FRB のストーリーで次に何が起こるかに基づいて、このアイデアは合格または失敗する準備ができています。これは、これまでで最も定量的で、深く考え抜かれたシナリオです。 「彼らは最も詳細な計算を行い、最も具体的な観測予測を行うことができました」と Spitler 氏は述べています。
Metzger のモデルは、将来の FRB が共有すべき多くの特定の機能を予測しています。 1つには、将来のすべてのFRBは、周波数の同じ下方シフトに従う必要があります。それらは、スピトラーのような天文学者がすでに探し始めているガンマ線またはX線放射を示すかもしれません。それらは、多くの新しい星を形成し、新しいマグネターを生成している銀河に住んでいるはずです.そして、それらが繰り返される場合、天文学者が大きなフレアを観察した後、バーストから休憩を取る必要があります.その時点で、システムは材料で非常に詰まっているため、後続のフラッシュではそれを確認できません.
Metzger のモデルは現在、他のまだ実行可能な理論の混み合ったブラケットに直面しています。 FRB は、2017 年に初めて望遠鏡と重力波検出器の両方を照らした中性子星の合体の結果である可能性があります。中性子星は、ブラック ホールや白色矮星などの他の天体に衝突したときや、それら自体が崩壊したときにも FRB を生成する可能性があります。ブラック ホールに侵入したとき、またはその磁力線がプラズマの激しい風によって引き抜かれたとき。
また、すべての FRB が単一の種類のイベントから発生するかどうかも明らかではありません。 Metzger のモデルは、最初のリピーターの観測に「絞首刑」を課しているが、同じく McGill の天体物理学者 Victoria Kaspi は次のように述べている。リピーターと比較すると、おそらく 1 回限りのバーストはまったく異なるソースから発生します。または、昨年 11 月にスピトラーらが指摘したように、天文学者が十分な時間だけ待っていれば、すべての FRB が繰り返される可能性があります。
データが流れ込もうとしており、フィールドを絞り込む準備ができています。過去 5 か月間、CHIME は試運転段階にありましたが、研究者は公開されていないバーストをさらに発見しました。チームメンバーは、4月に正式な観測を開始したいと考えています。オーストラリア西部にある 36 のラジオ アンテナのネットワークであるオーストラリア スクエア キロメートル アレイも、より多くの例を探しており、正確な生息地を特定するために取り組んでいます。そして数年以内に、周囲の無線信号のない環境で FRB を狩る、南アフリカ、ボツワナ、ルワンダの一連の料理である HIRAX もそうです。
何年にもわたるまばらなデータと理論的な空想の末、ようやく解決策が見えてきました。 2 月中旬、FRB に関心のある天文学者がアムステルダムに集まり、新しい発見を Twitter に投稿しないでください。ケープタウン大学の理論天体物理学者であるアマンダ・ウェルトマンは、電子メールで次のように書いています。 「完璧な時間です。」研究者たちは、共著者のマルガリットが会議で提示したメッツガーのモデルについて議論しましたが、まだコミットしていませんでした。 「私たちは収束の危機に瀕しています」とテンドルカーは言いました。 「そのように言いましょう。」
この記事はに転載されました Wired.com .
