波打つ宇宙波は、中性子星がブラックホールになる寸前にあることを示している

宇宙という私たちの居心地のよい家から遠く離れた場所では、星々が私たちの想像を絶するほどの暴力的で過激な行為を行っています。中性子星は、信じられないほど密度の高い巨大な星の残骸で、その物質のティースプーン一杯の重さはエベレスト山と同じくらいです。この衝突によってブラックホールが形成され、ガンマ線バースト (GRB) と呼ばれる非常にエネルギーの高い光の閃光が放出されます。

天文学者は、1967年に最初のGRBが発見されて以来、GRBに興味を抱いてきた。しかし、2つの中性子星が衝突すると実際に何が起こるのかについては、まだ解明されていないことが多い。最近Nature誌に発表された新しい研究では、GRBの過去の観測で準周期振動（QPO）と呼ばれる有用な信号が見つかった。QPOは、中性子星が衝突してからブラックホールに崩壊するまでの短い時間を科学者が調査するための窓口となる。QPOは、合体中に物質がどのように渦巻き、混ざり合っているかを示す証拠である。

2016 年に重力波検出が実現して以来、多くの天文学者が LIGO や同様の実験で中性子星の合体の調査に注力してきました。しかし、現在の検出器は合体によって生成される重力波の一部しか検出できないため、それらの観測では全体像の半分しか得られません。現在検出されていない高周波の波を検出するには、アインシュタイン望遠鏡などの新しいプロジェクトが稼働するまで何年も、場合によっては何十年も待たなければなりません。

この新しい研究は、ガンマ線を使用する既存の技術が、高周波の波を生み出す同じ物理現象を調べるための代替手段となる可能性があることを示している。観測されたガンマ線の中で半規則的に繰り返される QPO は、合体の物理現象に関する情報をエンコードしている。研究著者らは、起源が不明な QPO を生成した 2 つのイベントを分析した。これらのイベントは、銀河系内または銀河系外から発生した可能性がある。

「私たちは、2つの星の合体からガンマ線バーストの放出までのほんの一瞬に何が起こるかを調べています。これらの信号が重力波で検出できるようになるのは、今から10年から15年後だというのは、ほとんどもどかしいことです」と、NASAゴダード宇宙飛行センターとメリーランド大学の研究科学者で、論文の筆頭著者であるセシリア・チレンティは言います。「でも、私は待ちきれないので、待ちたくありません！ガンマ線を使って今からそれらを探し、そこから学ぶことができるのは、とてもわくわくしています！」

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2 つの中性子星の衝突は、これらの奇妙な死んだ球体の物理を研究するための優れた実験室です。それらの最終的な運命は、高エネルギー物理学における重要な未知数、つまり中性子星が何からできているか、その物質がどのように動き、流れ、周囲の世界と相互作用するかを説明する方程式にかかっています。

「中性子星の中心にある物質は、地球上の実験室を含め、宇宙の他のどこにも見られない状態で存在しています」とメリーランド大学の天文学者でこの研究の共著者であるコール・ミラー氏は言う。「中性子星の特性を測定することで、他の方法ではアクセスできない物理領域についての洞察が得られます。」

研究チームは QPO を探すにあたり、フェルミ ガンマ線宇宙望遠鏡、スウィフト天文台、コンプトン ガンマ線天文台など、NASA の複数の宇宙望遠鏡のデータ アーカイブを調査しました。これらの GRB は 1990 年代という早い時期に特定されていましたが、GRB 信号の非常に複雑なため、これらの QPO 信号はこれまで天文学者から隠されていました。「同僚の 1 人が『ガンマ線バーストを 1 回見たなら、ガンマ線バーストも 1 回見たことになる』と皮肉を込めて言いました」とミラー氏は言います。「そのため、振動の信号があるかどうか、または単に GRB が GRB であるだけなのかを判断するのは困難です。」

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どちらの場合も、QPO は、巨大サイズの中性子星がブラックホールに崩壊する前に形成された可能性があることを示唆している。コロンビア大学とプリンストン大学の天文学者で、この研究には関与していないイタイ・リニアル氏は、GRB 中にブラックホールがすぐに形成されるのか、ブラックホールに崩壊する前に中性子星がほんの一瞬現れるのかは、一般的にはまだ不明だが、これらの新しい信号は「急速に回転する中性子星の残骸の結果である可能性がある」と同意している。

これらのガンマ線信号を検出したことで、天文学者は宇宙で最も奇妙で驚くべき現象のいくつかを調査するための新しいツールを手に入れました。調査すべき古いデータの宝庫を活用して、研究チームはこのツールを使って、これらの奇妙な合体のさらなる例を見つけたいと考えています。