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電波の規則的なリズムを発見、起源不明

MITの研究者を含む天文学者のチームは、5億光年離れた私たちの銀河系の外の未知の源から発せられる速い無線バーストの奇妙で繰り返しのリズムを発見しました。

高速電波バースト(Frb)は、短く強烈な電波の閃光であり、小さく、遠く、非常に高密度の物体の積であると考えられていますが、それらの物体が何であるかは、天体物理学における長年の謎です。 FRBは典型的には数ミリ秒続き、その間に銀河全体を輝かせることができます。

2007年に最初のFRBが観測されて以来、天文学者は私たち自身の銀河系の外にある宇宙に散らばっている遠くの源からの100以上の高速無線バーストをカタログ化してきました。 ほとんどの場合、これらの検出は一回限りであり、完全に消える前に簡単に点滅しました。 一握りの例では、天文学者は識別可能なパターンはありませんが、同じソースから複数回高速無線バーストを観察しました。

この新しいFRBソースは、チームがFRB180916としてカタログ化しました。J0158+65は、高速無線バーストの周期的な、または周期的なパターンを生成する最初のものです。 このパターンは、ノイズの多い4日間のウィンドウで始まり、その間にソースがランダムな電波のバーストを放射し、続いて12日間の無線沈黙期間が続きます。

天文学者たちは、この16日間の高速無線バーストのパターンが500日間の観測で一貫して再発したことを観察しました。

“私たちが今報告しているこのFRBは時計仕掛けのようなものです”とMITのカブリ宇宙物理研究所の物理学の助教授増井清氏は言います。 「これは、これらの情報源の1つから見た中で最も決定的なパターンです。 そして、それは私たちがこれらの明るいフラッシュを引き起こしているものの物理学を追い詰めるために使用することができる大きな手掛かり”

増井は、ブリティッシュコロンビア大学、マギル大学、トロント大学、カナダ国立研究評議会が率いる50人以上の科学者のグループであるCHIME/FRB collaborationのメンバーであり、カナダの水素強度マッピング実験、またはChime、新しい周期FRB源の信号を最初にピックアップしたブリティッシュコロンビア州の電波望遠鏡のデータを運営し、分析している。

CHIME/FRBの共同研究は、今日、新しい観測の詳細をNature誌に掲載しました。

a radio view

2017年、CHIMEはブリティッシュコロンビア州のDominion Radio Astrophysical Observatoryに設置され、地球から数十億光年の宇宙の銀河からの高速無線バーストの検出を迅速に開始した。

チャイムは、スノーボードのハーフパイプの大きさと形状に近い四つの大きなアンテナで構成されており、可動部分がないように設計されています。 チャイムは、空のさまざまな部分に焦点を当てるのではなく、デジタル信号処理を使用して、着信電波が発信されている空間の領域を特定するために、空全体を固定的に凝視します。

2018年9月から2020年2月まで、CHIMEは単一の送信元FRB180916から38件の高速無線バーストを抽出した。J0158+65は、天文学者たちが地球から500万光年離れた大規模な渦巻銀河の郊外にある星のかき回す領域を追跡しました。 この源は、CHIMEがまだ検出していない最も活発なFRB源であり、最近までは地球に最も近いFRB源でした。

研究者が時間の経過とともに38個のバーストのそれぞれをプロットすると、パターンが出現し始めました:1つまたは2つのバーストが4日間にわた この16日間のサイクルは、彼らがソースを観察した500日間にわたって何度も何度も発生しました。

“これらの周期的なバーストは、私たちがこれまで見たことのないものであり、天体物理学における新しい現象です”と増井氏は言います。

旋回シナリオ

この新しい銀河系外のリズムの背後にある現象はまったく不明ですが、チームは新しい論文でいくつかのアイデアを探ります。 一つの可能性は、周期的なバーストは、回転とウォブリングの両方である中性子星のような単一のコンパクトな物体から来ている可能性があるということです—歳差運動として知られている天体物理学的現象。 電波が物体上の固定された位置から放射されていると仮定すると、物体が軸に沿って回転しており、その軸が16日のうち4日ごとに地球の方向に向けられているだけであれば、電波を周期的なバーストとして観察するでしょう。

別の可能性は、別の中性子星やブラックホールを周回する中性子星のような連星系を含みます。 最初の中性子星が電波を放射し、第二の物体に短時間近づける偏心軌道上にある場合、二つの物体の間の潮汐は、最初の中性子星が変形し、それが離 このパターンは、中性子星がその軌道に沿ってスイングバックするときに繰り返されます。

研究者たちは、中心星を一周する放射源を含む第三のシナリオを考えました。 星が風、またはガスの雲を放出する場合、ソースが雲を通過するたびに、雲からのガスは、定期的にソースの無線放射を拡大することができます。

“ソースは常にこれらのバーストを放出しているかもしれませんが、雲がレンズとして機能するので、これらの雲を通過しているときにのみ見えます”と増井

おそらく最もエキサイティングな可能性は、この新しいFRB、そして周期的でも繰り返しでもないものでさえ、非常に強力な磁場を持つと考えられている中性子星の一種であるマグネターから発生する可能性があるという考えです。 マグネターの詳細はまだ謎のビットですが、天文学者は、彼らが時折ラジオバンドのエネルギーを含む電磁スペクトル全体に放射線の膨大な量を放出

“人々はこれらのマグネターを高速な無線バーストを放出させる方法に取り組んできましたが、私たちが観測したこの周期性は、これらのモデルに取り組んで、これがどのように適合するかを理解しています”と増井氏は言います。

ごく最近、同じグループは、マグネターが実際には高速無線バーストの実行可能な源である可能性があるという考えを支持する新しい観測を行った。 4月下旬に、CHIMEは、地球から約30,000光年の、燃え上がるマグネターから来て、速い無線のバーストのように見えた信号を拾いました。 信号が確認されれば、これは私たち自身の銀河内で検出された最初のFRBであり、これらの神秘的な宇宙火花の源としてのマグネターの最も説得力のあ