レンズ・ティリング歳差運動を示す降着円盤に囲まれたマグネターのアーティストの概念。クレジット:Joseph Farah と Curtis McCully 2024 年 12 月、ATLAS の天文調査により、遠くの閃光が検出されました。それは超新星、つまり、はるか彼方、約10億光年離れたところにある巨大な星の爆発的な死でした。しかし、ラス カンブレス天文台 (LCO) とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の大学院生であるジョセフ・ファラー氏は、流れ込んでくる継続的なデータを観察したとき、非常に珍しいことに気づきました。
恒星の大爆発は、ただ滑らかに闇に消えていくだけではありませんでした。それはうねり、リズミカルで周期的な信号で点滅し、急速にスピードを上げていました。この信号を音響領域に変換すると、爆発する星は「鳴いている」ことになります。
この異常な行動は、SN 2024afavとして知られる、この出来事を追跡するための世界的な望遠鏡ネットワークを巻き込んだ猛ダッシュを引き起こしました。得られたデータは、科学者たちが宇宙で最も明るい爆発のいくつかについての長年の謎を解くのについに役立ちました。
この宇宙の鳴き声は、マグネター（高度に磁化され高速で回転する中性子星）が、少なくとも時には宇宙で最も明るい出来事の背後にあることを示す最初の直接的な証拠を提供していることが判明しました。
研究チームは、この信じられないほど高密度の核が回転すると、その極度の重力が時空の構造をねじれ、周囲の星の破片の円盤がぐらつくことを発見しました。この円盤がぐらつくと、中央のマグネターから降り注ぐ強力な放射線を定期的に遮断して方向を変え、地球上の望遠鏡で捉えたリズミカルな閃光を生み出します。これは、科学者が超新星の仕組みを説明するためにアインシュタインの一般相対性理論を必要とした初めてのことでもあります。
宇宙のストロボ ライト
大質量星が燃料を使い果たすと、その核は崩壊し、壮観な爆発によって死亡します。過去 20 年にわたり、天文学者は、タイプ I 超光度超新星 (SLSNe-I) と呼ばれる、まれで謎に満ちた種類の爆発のカタログを作成してきました。これらのイベントは、通常の超新星よりも少なくとも 10 ～ 100 倍明るいです。
この極度の明るさの背後にある動力源については、常に激しく議論されてきました。多くの科学者はマグネターが背後にいるのではないかと疑っていました。巨大な磁場を持つこのような超高密度の中性子星が回転すると、膨張する超新星破片にエネルギーが注入され、信じられないほど明るく輝きます。
しかし、標準的なマグネターモデルには明らかな欠陥がありました。最初のピークの後、明るさが滑らかに低下すると予測されました。しかし、天文学者は、これらの極端な超新星の光度曲線に説明のつかない隆起やうねりを頻繁に観察しました。
新しい研究の背後にある天体物理学者によって調査された超新星 SN 2024afav は、この謎を大きく解明しました。天文学者がランダムなバンプを 1 つまたは 2 つだけ捉えた過去の現象とは異なり、SN 2024afav は少なくとも 4 つの異なる正弦波変調を示しました。さらに衝撃的なのは、これらのフラッシュの間隔が急速に短縮され、約 50 日から約 20 日まで短縮されたことです。
これらの光波を何らかの方法でオーディオに変換できれば、その効果は驚くべきものになるでしょう。 「それは、より高く、より切迫した音程になる深いハム音のように聞こえるでしょう」とファラー氏はZME Scienceに語った。 。
私たちがこのちらつきを見ることができるのに必要な規模は、ほとんど理解できません。 「超新星爆発は太陽の1000億倍以上明るいです」とファラー氏はZMEサイエンスに語った。 「SN 2024afav が爆発している間、この単一イベントからの出力は天の川銀河全体を合わせた出力に匹敵しました!」
「頭を包み込むのは間違いなく非常に難しいです! 私たちがその広大な距離で超新星を見るためには、超新星は信じられないほど明るくなければなりません - そして実際にそうなのです」とファラーは付け加えた。
時空の構造をねじる
天文学者らはこれまで、非常に明るい超新星の光度曲線の凹凸は、星が以前に放出したガスの殻にランダムに衝突した爆発のせいだと主張していた。しかし、SN 2024afav のフラッシュは、周囲の物質との偶然の衝突によって引き起こされるにはあまりにもリズミカルで、タイミングが正確すぎました。なぜ信号がそのように構造化され、なぜ周波数が加速しているのかを説明するために、研究者はアインシュタインの一般相対性理論によって支配される極度の重力環境を調べる必要がありました。
彼らは、元の星が爆発したとき、その物質のすべてが逃げたわけではないことに気づきました。その代わりに、大量の破片が中心に向かって落下し、生まれたばかりのマグネターの周りに厚く輝く降着円盤を形成しました。
このマグネターは信じられないほど密度が高く、1秒間に何百回も回転しているため、実際に回転する際に時空の構造を引きずります。周囲のガスの円盤が傾いている場合、この時空の引きずりによって円盤全体がこまのようにぐらつきます。これはレンズ・サーリング歳差運動として知られる相対論的効果です。
これについて考える 1 つの方法は、回転するボールがその周りのシルク シートを引きずっているようなものです。
「重要なことは、回転するボールに近いシルクシートは、遠くにあるシートよりも速く引きずられるということです」とファラー氏は、フレームを引きずる効果について説明した。 「無限遠では、抗力はありません。シートに座って回転するボールのすぐ近くにいると、たとえ動こうとしていなくても、周囲に引きずられてしまいます。」
この円盤がぐらつくと、マグネターから降り注ぐ強力な放射線が定期的に遮断または反射され、地球から見えるストロボ光の効果が生じます。
しかし、なぜフラッシュが速くなったのでしょうか？マグネターからの強力な放射線が円盤を外側に押し出し、円盤の内半径を決定します。超新星がゆっくりと減光し、マグネターがエネルギーを失うと、この外向きの圧力は低下します。降着円盤は滑りながらマグネターにどんどん近づいていきます。相対論的な引きずり効果は星に近づくほど強くなるため、円盤は内側に縮むにつれてより速くぐらつき、フラッシュ間の減少期間を完全に説明できます。
モデルを観察されたチャープと照合することで、チームはコアの正確な特性を計算することができました。彼らは、マグネターが 4.2 ミリ秒の周期で回転し、1.6 × 10^14 G の磁場強度を持っていることを発見しました。
爆発する星の歴史を書き換える
LCO および UCSB 大学院生のジョセフ・ファラー氏は、5 月に博士論文の弁論を行う予定です。クレジット:ジョセフ・ファラー この現象を捉えるために、研究チームはロボット望遠鏡の LCO グローバル ネットワークに大きく依存し、200 日以上超新星を観測しました。研究者らは数学的パターンを早い段階で認識していたため、将来の衝突が起こるたびにそれを捉えるために望遠鏡を動的に調整しました。
「新しい隆起が予定通りに現れ始めたとき、私たちは唖然としました。まったく新しい天体物理現象についてリアルタイムで予測を立て、それが現実になることは非常にまれです。」ファラは言いました。
この発見は、生まれたばかりのマグネターの暴力的な環境で作用するレンズ・サーリング効果の明確な観測証拠を初めて提供するものである。また、この事実は、マグネター モデルが超高輝度超新星の極端な明るさの決定的な説明であることを事実上証明しています。
しかし、天文学者たちが長年にわたって観察してきた他の数十の超光度の超新星はどうなるのでしょうか?それらの多くには、1つまたは2つの説明不能な隆起が見られましたが、科学者らはこれまで、爆発が周囲のガスの雲にランダムに衝突したか、中央エンジンのフレアが発生したとみなしていました。研究チームは、新しいレンズ・ティリング モデルを SN 2018kyt や SN 2019unb などの古い超新星からのレガシー データに適用し、ぐらつく円盤理論がこれらの古い観測結果も完全に説明できることを発見しました。
これは、天文学者が過去の観測を根本的に誤解していたということなのでしょうか?
「もしかしたら1人か2人かもしれないよ！」ファラさんはZME サイエンスに語った。 。 「他のオブジェクトについては、モデルが一貫していることを示しているだけであり、必ずしもそれらを決定的に強化しているわけではありません。」
ファラー氏は、周期的な光度のメカニズムには特定の一連の状況が必要であると指摘しました。つまり、傾いた円盤が形成され、観察者がちょうど正しい角度から見ているということです。これが、これまでのところそのような明確な「チャープ」をあまり観測していない理由を説明しています。
チリにあるベラ C. ルービン天文台のような次世代施設が夜空のスキャンを準備しているため、天文学者たちはこのような極端な爆発がさらに数千回発見されると期待しています。死んだ星がどのように現実の構造をねじ曲げるかについて新たな理解を備えた科学者は、ついにその明滅する光の中に隠されたメッセージを解読する準備が整いました。
