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星の最期の大爆発、ガンマ線バーストを観測 国立天文台 [その周辺のガスやちりの分布を明らかにした]

星の最期の大爆発、

ガンマ線バーストを観測 

国立天文台



重い星が一生を終えるときに起きるとされる大爆発

「ガンマ線バースト」を、

国立天文台などが開発した世界最大の

電波望遠鏡アルマがとらえ、

世界で初めて、

その周辺のガスやちりの分布を明らかにした。

 

ガンマ線バーストが起こる近くでは、


新しい星が多く生まれ、

世代交代が活発な場所で起きていると考えられている。

どういう条件がそろうと起きるのかなど、

未解明な点も多い。

 

同天文台チリ観測所の廿日(はつか)出(で)文洋特任助教らは、

うお座、


ペガスス座の方向にある二つの銀河で起きている

ガンマ線バーストをそれぞれ観測。

その付近で、

星の材料となる分子ガスを初めて検出した。

 

しかし、

見つけられた分子ガスの量が想定より極端に少なかったことが

廿日出さんらを驚かせた。


「分子ガスだけを破壊する現象が起きているのではないか。

さらに観測を続けたい」と話している。







小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS(イカロス)」の

ガンマ線バーストの観測成功について








宇宙航空研究開発機構(JAXA)は、

平成22年5月21日(日本標準時、


以下同様)に種子島宇宙センターから打ち上げられたIKAROSに、

航行とは別の理学ミッションの一部として搭載されていた

ガンマ線バースト観測装置により、

7月7日のガンマ線バーストを観測していたことが、

詳細な解析によりわかりましたのでお知らせいたします。

今後は、

世界で初めてとなるガンマ線の偏光観測を目指します。


 




ガンマ線の偏光観測は、

ガンマ線バーストの磁場構造、

放射機構の解明につながり、

ひいては星の死とブラックホールの誕生の謎に迫ることが期待されます。











IKAROSは、

金沢大学と山形大学と理化学研究所の共同研究としてで作られた

ガンマ線バーストを観測する装置(GAP)を、


ソーラー電力セイルミッションとは別に、

実証機本体に搭載しております。

GAPは6月末から機能確認を開始し、

初期設定を終えた直後にガンマ線バーストを観測しました。








非常に重い星の寿命の最後に、

ガンマ線を放出しブラックホールを作りながら大爆発することを

ガンマ線バーストと言います。

宇宙で一番規模が大きな爆発と知られ、

遠い宇宙の果てで発生しても明るく観測されるため、

今までに知られている最遠の天体はガンマ線バースト時のものです。










光は電磁波なので進行方向に垂直に電場ベクトルと磁場ベクトルを持っています。

このベクトルが一定の方向に偏った光を偏光といいます。
ガンマ線バーストは非常に激しく、

ほとんど光速で両側に飛び出すジェットのようになると考えられ、


ガンマ線の出る向きや電場ベクトル・磁場ベクトルが偏ると考えられています。

それを観測することを、

ガンマ線の偏光観測と言います。

ガンマ線の偏光は未だ観測されておらず、

GAPは世界初に挑戦しています。

 





GAPは、

実証機裏面(太陽電池面の反対側)

方向から入射するガンマ線の観測が可能ですが、

偏光観測を行うためにはより正面からの入射が必要となります。

今回のガンマ線バーストはGAP正面からの入射ではなかったため、


偏光観測には至りませんでした。

仮に全方向から等確率でガンマ線が入射すると仮定した場合、

GAPで観測したガンマ線バーストの約2割が

偏光観測可能な方向から入射することとなります。






激しい爆発により両側に延びる高速のジェットが発生し、

ガンマ線の向きに偏りを生じると考えられている。







•2013年4月27日に過去23年間で最も強いガンマ線バーストを観測

•ガンマ線バーストとしては"近所"の

38億光年の距離で起きたにもかかわらず、

その性質は遠方、

宇宙初期の「モンスター」と変わらない

•従来からの標準的なガンマ線放射モデルに疑問を投げかける





東京工業大学など日本の研究グループを含む国際共同観測チームは、

観測史上最大級の

「モンスター」ガンマ線バースト

「GRB 130427A」をとらえることに成功した。

詳しいデータ解析の結果、

今回のバーストは宇宙年齢100億年という現在と

ほぼ同じ宇宙環境で発生したにもかかわらず、

宇宙初期に発生する普通のバーストと同じ

「モンスター」としての性質をもっていることが分かった。

今までで最も近傍で発生したバーストの場合は

爆発エネルギーが著しく小さく、

別種の現象の可能性が高かったが、


地球に近いからこそ得られた

「普通のモンスター」の高品質のデータによって、



従来のガンマ線放射機構の理論は再考を迫られることになった。

 

ガンマ線バーストは、

太陽の数十倍の質量をもつ恒星が一生の最後に起こす大爆発で、

平均的には宇宙年齢30億年の宇宙初期、

すなわち100億光年を超える遠方で発生する。

今年4月27日に発生したGRB 130427A はもともと

大きな爆発エネルギーをもつガンマ線バーストだったが、

38億光年という"近所"で発生したためにとびきり明るく観測された。

 

この研究成果は11月22日発行の米科学誌

「サイエンス」に掲載される。







京工業大学大学院理工学研究科の河合誠之教授らや理化学研究所、

青山学院大学などのグループは、

宇宙航空研究開発機構(JAXA)と理化学研究所が開発し

国際宇宙ステーション(ISS)の

「きぼう」日本実験棟に搭載された全天X線監視装置MAXIを用いて、

このバーストのX線残光の観測に成功した。

また、

東工大と国立天文台は、バースト発生後、


5夜後まで明るい残光を山梨県、

岡山県および石垣島からMITSuME

望遠鏡3色カメラで撮影して減光の様子を詳しくとらえた。

日本の研究者も参画しているフェルミ宇宙ガンマ線望遠鏡衛星は、

予想を超える20時間という長時間にわたって

高エネルギーガンマ線を検出した。

 

このガンマ線バーストはもともとの放射エネルギーが最大級だった上に、

距離38億光年(赤方偏移0.34)という異例な近傍で発生したために、

過去23年間で最も強いガンマ線と明るいX線残光、

可視光残光が観測され、

爆発的な初期の放射から数日後まで続く残光への

時間的発展がいままでにない精度で調べられた。

 

遠くの天体を観測することは、

過去の宇宙の状態を見ていることに対応する。

今回のバーストが起きた場所は比較的我々の天の川銀河に近く、

現在とほぼ同じ宇宙環境と言っても良いだろう。

それにもかかわらず今回のバーストは、

初期の宇宙に発生している大多数のガンマ線バーストと

同じ特徴をもつことが分かった。

「モンスター」とも言うべき巨大な爆発であるガンマ線バーストは、

大変稀な現象で、

今回観測された規模のものがこれほどの近傍で

観測される頻度は60年に1回程度と推定され、

宇宙年齢70億年以降に発生したガンマ線バーストとしては

観測史上最大のものである。

 

“近所”で発生したために、

今までにない高品質なデータが得られ、

ガンマ線バーストの放射の理論を精密に検証することが可能になった。



例えば、

Fermi衛星は10億電子ボルトより高いエネルギーの

ガンマ線を20時間にわたって検出し、

その中には観測史上最高の

950億電子ボルトに達する光子も含まれていた。

これは従来の放射理論に再考を迫るものである。







ガンマ線バーストの多数を占める継続時間が2秒以上の

「長い」ガンマ線バーストは、

太陽の数十倍の質量をもつ恒星が燃え尽きて

自分自身の重力でブラックホールに崩壊する時に

放出される光速に近いジェットから放射されると考えられている。

 

しかしその仕組みは完全には解明されていない。

ガンマ線バーストのジェットが宇宙空間に希薄に分布する

ガスによって減速しながら放射する

「残光」はX線、

可視光、

電波など広い波長にわたって放射され、

次第に暗くなりながら数時間、

時には数日間以上観測される。

ガンマ線バーストの多くはビッグバン後、

数十億年という宇宙初期に発生するため、

この残光を使って、

ガンマ線バーストそのものの研究はもちろん、

宇宙創成以来の星や銀河の形成の歴史や、

遠方の銀河の内部を探るためのユニークなツール

(明るい光源)として活用されている。

 





このように、

ガンマ線バーストはブラックホールの形成や光速に近いジェットなど

相対論的極限状態の物理学を調べる実験室として、

また初期の宇宙を探る道具として重要な天体現象であるため、

ガンマ線バーストの観測を主要な目標とする衛星

Swift衛星やFermi衛星が広い天域を観測し続け、

年間100個以上のガンマ線バーストを検出している。

またISS上のMAXIも年間10個程度のガンマ線バーストを検出している。

 



衛星がガンマ線バーストを受けると、

直ちにインターネットを通じて全世界の観測者に速報が届けられる。

東工大、

国立天文台などのグループが運用している

MITSuME望遠鏡をはじめ、

この速報に対応して自動的に即時追跡観測を行う

ロボット望遠鏡が世界各地に設置されている。



新しい発見でしょうか、

ecar

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