科学者たちは初めて、地球ガンマ線フラッシュ（TGF）として知られる強力なガンマ線バーストを放出する雷を捉えた。
大阪大学の研究者らが主導したこの研究は、地球上で最も強力で魅惑的な自然現象の一つを詳細に観察するものです。この研究はまた、雷雨がどのようにして宇宙で最も極端な天体であるブラックホールや中性子星に由来する放射線を放出するのかという謎を解明する上で、大きな前進となります。この観測結果をまとめた研究チームは、本日Science Advances誌に掲載されました。
研究チームは、金沢市に設置された最先端のマルチセンサーシステムを用いて、雷放電が2つの経路に分かれて進む様子を観測しました。1つは雷雲から下降する経路、もう1つは地上の送電塔から上昇する経路です。研究チームは、2つの放電が空中で合流するわずか31マイクロ秒前にガンマ線閃光が発生したことを発見しました。
「TGFのほとんどは衛星によって検出されていますが、宇宙からの観測では限られた情報しか得られません」と、大阪大学の研究者で筆頭著者の和田雄樹氏はギズモードへのメールで述べています。「本研究では、TGFを詳細に観察するために地上観測を実施しました。」
TGFは1990年代に宇宙から初めて検出されたが、20年以上にわたる研究にもかかわらず、その正確な起源は依然として解明されていない。昨年、ネイチャー誌に掲載された2本の論文で、熱帯雷雨の際にガンマ線の「輝き」と明滅する閃光が観測された。科学者たちは、改造された偵察機を嵐のシステムに直接飛行させることで、これらの放射線を記録した。この研究は、雷雲の中に潜むより広範な放射線現象の存在を示唆しており、TGFは最も短時間かつ最も強力なバースト現象の一つである。
飛行機からの観測によってTGFの発生場所と時期が明らかになったのに対し、大阪大学の研究チームは、その発生条件を明らかにしました。今回のガンマバーストは、2つの雷の先端が衝突する直前に発生しており、超高電圧の電場によって電子が光速近くまで加速され、高エネルギー現象が発生したことを示しています。
「最近のネイチャー誌に掲載された論文は航空機による観測に基づいています」と和田氏は述べた。「それらも非常に興味深いものですが、地上観測ははるかに安価に実現できます。」
最近熱帯の空で発見された、より弱い「ちらつくガンマ線フラッシュ」とは異なり、このTGFは落雷と厳密に同期していました。これまでの論文では、特定の熱帯雷雨においてどれだけのガンマ線イベントが発生するかについて包括的な概要が示されていましたが、今回の論文では、雷がどのようにしてガンマ線を生成するのに十分なエネルギーを生み出すのかを理解するために、特定のイベントを詳細に調査しました。
「ここで行われたマルチセンサー観測は世界初です。いくつかの謎は残っていますが、この技術により、これらの魅力的な放射線バーストのメカニズムの理解に一歩近づきました」と、日本原子力研究開発機構の研究員で共同執筆者の土屋治文氏は大阪大学の発表で述べた。
TGFの研究は、かつて神々の力とさえ言われていた、空で最も顕著で強力な自然現象の一つ、雷の謎を解き明かす手がかりとなるかもしれません。最近の研究は、雷には目に見える以上の力があることを示しており、その力は宇宙で最も強力な爆発のいくつかに関連する放射線を生み出します。
