天文学者たちは、2007年以来検出されてきた謎の電波バーストと実際の物体を初めて結び付けた。今回の事件の犯人は、予想通り、マグネターと呼ばれる超高密度の物体だが、この発見によって全く新しい一連の疑問が浮上した。
近年、科学者たちは数百もの強力なミリ秒単位のパルス「高速電波バースト（FRB）」を検出してきました。これらはすべて銀河系外から放射されています。しかし、2020年4月28日、驚くべき出来事が起こりました。天体物理学者たちが天の川銀河内部からFRBを検知したのです。この出来事は大きな興奮と議論を呼び起こしました。
FRB 200428と名付けられたこのバーストは、マグネターSGR 1935+2154と呼ばれる強力な磁気を持つ中性子星から発生したとみられています。当時、これら2つのバーストが関連している可能性は十分に考えられていましたが、入手可能なすべての天文データの収集、検証、相互参照、修正を経て、3つの独立した科学者チームが現在、その可能性を確認しています。Nature誌に掲載された3つの論文が結論づけているように、マグネターはFRBの発生源の一つである可能性があります。
ケープタウン大学の天体物理学者、アマンダ・ウェルトマン氏とアンソニー・ウォルターズ氏は、News and Views誌の同時掲載記事で、「これまでFRBとマグネターを直接結びつける観測的証拠はなかった」と述べている。「3つの新しい論文で報告された検出は、そのような証拠としては初めてのものであり、少なくとも一部のFRBの起源を解明する上で重要な手がかりとなる」と、この研究には関与していない2人は述べている。
この確認は、国際協力と、地上および宇宙の複数の観測所で収集されたデータの統合によって可能になりました。また、銀河FRBがガンマ線およびX線のバーストと同時期に発生したため、天体物理学者たちはこの奇妙な天体現象の解明に向けた重要な新たな手がかりを得ました。
当初、科学者たちはこれらの明るい電波パルスは一回限りの現象だと考えていましたが、いくつかは繰り返し発生することが分かりました。これは、FRB、あるいは少なくとも一部のFRBが、破滅的な出来事の産物ではないことを意味していました。それでもなお、これらのバーストの発生源として有力視されているものには、中性子星、超新星爆発、あるいはブラックホールとの未知の相互作用などがありました。FRBが銀河系外からのみ発生するという制約は、FRBが非常に遠くから飛来するにもかかわらず、大きな制約でした。だからこそ、FRB 200428は重要なのです。
「これまで、望遠鏡が捉えたFRBはすべて他の銀河で発生したため、詳細に研究するのは非常に困難です」と、モントリオールのマギル大学の博士課程上級生で、CHIME（カナダ水素強度マッピング実験）共同研究による新しい研究論文の共著者であるジギー・プレニス氏は説明した。
この物語は、銀河FRBの前日である4月27日に始まります。ニール・ゲーレルス・スウィフト天文台とフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡という2つの宇宙望遠鏡が、マグネターSGR 1935+2154の方向から来たX線とガンマ線の複数のバーストを捉えました。
翌日、嬉しい発見がありました。CHIMEの天文学者たちが明るい電波パルスを検出したのです。CHIME観測所はカナダのブリティッシュコロンビア州に位置し、100基のパラボラ反射望遠鏡で構成されています。
まさに同じ日、STARE2（突発天文電波放射サーベイ2）の科学者たちも同じ現象を捉えました。STARE2は、米国南西部に位置する3つの観測所で構成されています。
月曜日に行われた記者会見で、STARE2の天体物理学者であり、今回の発見に関する論文の筆頭著者であるクリストファー・ボチェネック氏は、初めてデータを見た時、「興奮で身動きが取れないほどだった」と語った。このバーストは非常に強力で、適切な周波数に適切なタイミングで合わせた携帯電話でも検出できたはずだと彼は述べた。より具体的には、この単一の明るいパルスに詰め込まれた電波エネルギーの量は、太陽が30秒ごとに生み出す電波エネルギーの量に等しいと、カリフォルニア工科大学の研究者であるボチェネック氏は述べた。
しかし、STARE2が受信した信号はCHIMEが受信した信号の1,000倍も明るく、奇妙なデータ不一致が見られました。両チームはこの不一致を調査し、CHIMEのキャリブレーション問題が原因であることを突き止めました。キャリブレーション問題を修正すると、CHIMEのデータはSTARE2の観測結果と一致し、複数のソースから天文データを収集することの重要性が浮き彫りになりました。両チームはそれぞれ独立して、FRB 200428は地球から3万光年離れたマグネターSGR 1935+2154から発生したと結論付けました。
ボチェネック氏が指摘したように、CHIMEは30ミリ秒間隔で2つの個別のFRBを記録したのに対し、STARE2は1つしか観測しなかった。しかし、システムの違いを考えると、これは当然の結果だ。CHIMEのおかげで「FRBの発生源が分かりました」、STARE2のおかげで「FRBの明るさも分かりました」とボチェネック氏は述べた。これらを総合すると、これは「既知の天体から発生した初のFRB」だとボチェネック氏は述べた。
バースト発生中、マグネターから発せられたX線信号を3つの宇宙望遠鏡が捉えました。ESAのINTEGRAL宇宙望遠鏡、中国のInsight宇宙望遠鏡、そしてNASAのWIND衛星に搭載されたロシアのKonus観測装置です。つまり、合計5つの異なる観測所が何らかの形でこの現象を捉えたことになります。
4月28日にも、中国の500メートル口径球面望遠鏡（FAST）が同じ空域を観測したが、FRB 200428が出現した正確な時刻ではなかった。しかし、同日に収集されたデータは、マグネターが極めて活発になり、30分間の癇癪の間に29個のソフトガンマリピーター（ガンマ線とX線の大規模なバースト）を放射したことを示した。この爆発段階ではFRBは検出されなかったが、これは高速電波バーストの性質と状況に関する興味深い新たな手がかりとなる。これらの観測の詳細は、ネバダ大学ラスベガス校の張兵（Bing Zhang）氏が主導した論文に掲載された。張氏は、この一連の論文の中で、FRBの背後にある可能性のある物理的メカニズムを扱った4番目の論文も共同執筆している。
ウェルトマン氏とウォルターズ氏がNews and Views誌の記事で説明しているように、FRB 200428は「電波以外の放射が検出された最初のFRBであり、天の川銀河で発見された最初のFRBであり、マグネターと関連付けられた最初のFRBです」。また、「これまでに測定された銀河系マグネターからの電波バーストの中で最も明るい」電波バーストでもあります。さらに、FRB 200428は近隣銀河から来る電波バーストと同等の明るさを持つ最初の銀河系電波バーストであるため、「マグネターが銀河系外FRBの発生源である可能性を示す、待望の証拠も提供します」。
張氏は記者会見で、これまで天文学者がFRBの発生源を発見することについて楽観視していなかったと述べた。「決定的な証拠」が見つかる可能性は低かったからだ。しかし、今回の「すぐ近く」での発見は、FRBがマグネターから来ていることを示していると述べ、マグネターは宇宙で観測されているFRBの一部、あるいは全てを説明できる可能性があると付け加えた。「しかし、FRBの起源は複数存在する可能性もある」
確かに、いくつか非常に重要な疑問が残っています。例えば、マグネターがFRBの唯一の発生源なのか、他の天体現象も同様の特性を持つパルスを発生させることができるのかは明らかではありません。そして、ボチェネック氏が指摘したように、「宇宙でこのような現象がどれくらいの頻度で発生するのかを突き止めることが重要」となるでしょう。
さらに、天体物理学者は、マグネターがどのようにしてこれらの強力で短時間のエネルギーバーストを生成できるのかを解明する必要があります。現在の説としては、マグネターのフレアが周囲の物質に衝突して衝撃波を引き起こす、あるいは超高密度の中性子星の表面に亀裂が生じる、といったものがあります。最後の点については、信じがたいことですが、FRBは実際には中性子星震と関連している可能性があります。
最後に、単発現象とリピーター現象の問題があります。天の川銀河で観測されたFRBはリピーターではないように思われ、「これは何か違いがあることを示唆している」とボチェネック氏は述べています。記者会見で、CHIME論文の共著者である天体物理学者ダニエレ・ミチル氏は、FRBの発生源には様々な種類が考えられると述べました。張氏は、単発現象はおそらくリピーター現象であり、全てのバーストを検出できていないだけではないかと考えています。彼が指摘したように、マグネターはFRBを放出した後も死滅しません。しかし同時に、中性子星の合体、あるいは中性子星とブラックホールの合体によって単発現象が説明できる可能性もあります。どちらもFRBを発生させ、発生源の破壊につながる可能性があります。しかし、チャン氏によると、FRB のうち、本質的に壊滅的な性質を持つ可能性のあるものはごくわずかであり、したがって 1 回限りの出来事である。
FRBの理解に関しては、依然としてデータの少なさ、観測選択効果の問題、そして遠距離という制約があります。私たちの銀河系における銀河FRBの検出と、それを既知の天体との関連づけは大きな前進ですが、まだ解明すべき点が多く残されています。しかしながら、過去13年間にFRBについて得られた知見はまさに驚異的であり、今後数十年間で明らかになるであろう知見については楽観的に捉えるべきです。
