銀河系外から発信される「謎の電磁波」の意外な正体

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2007年に初めて検出されて以来、「高速電波バースト(FRB)」と呼ばれる天体現象は、「地球外知的生命体の信号ではないか」との説が出るほど天文学者を悩ませてきました。この現象が「地震と関連性があるのではないか」という新たな説について、科学メディア「Ars Technica」が詳しく解説しています。

*Category:サイエンス Science *Source:arsTECHNICA ,chime ,東京大学 ,

高速電波バーストは「星震」が影響しているという説


FRBは、わずか数ミリ秒という時間で、天体が突発的に電波で輝く現象です。これまでに天文学者は600個以上ものFRBを記録しています。FRBを繰り返し放出する天体もあれば、一度のみの天体もあり、繰り返しFRBを起こしている天体は中性子星であると考えられています。中性子星は、大質量星が崩壊したもので、原子が絞り出されるほど密度が高く、中性子と陽子の渦巻く塊が残ります。その質量は太陽とほぼ等しく、半径約10kmの球体に圧縮されています。中性子星はパルサーの動力源として最もよく知られています。パルサーは、この巨大な天体がわずか数ミリ秒で自転を完了できるという事実によって駆動される、急速に繰り返される放射線のバーストです。

中性子星の中でも特にFRBと関係が深いと考えられているのがマグネターです。自転速度はそれほど速くありませんが、地球磁場の1兆倍もの強力な磁場を持っています。強磁場の期間は、磁場が消滅するまでの数千年しか続きませんが、マグネターを定期的に供給し続けるだけの中性子星が存在します。中性子星の磁場は、粒子を加速させたり、中性子星内で物質が移動することによって引き起こされる磁気の乱れによって、高エネルギーの現象を引き起こすことができます。


また、繰り返し観測されないFRBも多数あり、FRBを発生させた条件がその発生源を破壊した可能性が示唆されています。これは、ブリッツァー(巨大すぎる中性子星の突然の崩壊によって引き起こされる奇妙な天文現象)と一致しています。この現象は、先に起こった2つの中性子星の合体によって引き起こされます。この合体は不安定な中間中性子星を作り出し、中性子星はその急速なスピンによってすぐに崩壊しないように保たれています。

ブリッツァーでは、中性子星の強い磁場がスピンを減速させ、合体の数時間後にブラックホールへ崩壊します。この崩壊によって、磁場の動力源であるダイナモが突然削除され、そのエネルギーが高速電波バーストという形で放出されます。つまり、私たちがFRBとして一括りにしてきた現象は、実際には2つの異なる事象の産物である可能性があるのです。繰り返し発生する事象は、マグネターの周囲の環境で発生します。ワンショット現象は、形成後数時間以内に高磁化中性子星が死ぬことによって引き起こされます。天文学者は今年初め、FRBに関連する可能性のあるブリッツァーの検出を発表しました。

2022年、CHIMEの天文学者たちは、単一の事象のように見えるFRBが、約215ミリ秒離れた9つのバーストから構成されていたことを発見しました。そのため、バーストの発生源はマグネターの表面付近であることはほぼ確実であり、その地殻の振動、つまり地震に合わせてバースト発光が起こったのです。


この最新論文の共著者である東京大学の戸谷友則氏は、星震学に興味を持ち、FRBのエネルギー分布を詳しく調べることにしました。以前の統計解析では、連続する2つのバースト間のタイミング分布を調べてきました。戸谷氏らは、他のバースト間に存在するかもしれない相関を考慮するために、3つの異なる繰り返しFRBからの約7000のバーストの時間と放出エネルギーの両方を分析することにしました。彼らは同じアプローチで、地震(日本のデータを使用)と太陽フレアの時間とエネルギー相関を調べ、3つの現象を比較しました。

その結果、FRBと地震には顕著な共通点があること判明しました。例えば、1回の現象で余震が発生する確率は10~50%で、発生率は時間とともに減少します。また、FRBと地震の活動(平均率)が大きく変化しても、余震の発生率は常に一定であり、本震と余震のエネルギーには相関がないと言います。


研究チームは、今後も新たなFRBデータの解析を続ける予定であり、これらの結果は、中性子星の表面には、FRBの形で膨大なエネルギーを放出する地震を起こしやすい固い地殻がある可能性を示しています。「地球とは全く異なる環境である遠方の超高密度星での星震を研究することで、地震に関する新たな知見が得られるかもしれません」と戸谷氏は話します。

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