爆発する宇宙牛は新生ブラックホールと関連している可能性がある

独立記念日の花火を多くの人が楽しんだ数週間後、ハワイで小惑星地球衝突最終警報システム (ATLAS) 調査を指揮している科学者たちは、別の種類の光のショーに驚嘆した。AT2018cow、または単に Cow と呼ばれるもの。それはどこからともなく突然現れ、数週間にわたって大きな話題を呼んだが、その後すぐに消えてしまったようだ。

牛とはいったい何だったのか？天文学者たちは過去6か月間、その答えを見つけようとしてきた。そして、木曜日に天体物理学ジャーナルに掲載された新しい研究によると、この不思議な現象が正確には何だったのか、私たちは今やかなりよくわかっているようだ。問題は、それがまだかなり謎のままだということだ。

牛は、物体または現象が極めて短い期間（数秒から数年と幅広いように聞こえるが、宇宙の観点から見ると、数百万年未満は瞬き程度である）を示す、いわゆる一時的な天文現象である。そして、巨大で明るい閃光が最初に発見されたとき、誰もそれが何なのかわからなかった。

「当時、ここにあった情報から、力があること、そしてそれが明るくなる閃光であることはわかっていましたが、その発生源が私たちの銀河系内にあるかどうかは明らかではありませんでした」と、ノースウェスタン大学の天文学者で、今回の発見を詳述した新しい論文の主著者であるラファエラ・マルグッティ氏は言う。別の研究チームは、Cow が私たちの銀河系の一部ではないことを検証できた。それは、ヘルクレス座の 2 億光年離れた CGCG 137-068 銀河系で発生した。それ以来、天文学者たちは、これまでに発見された同種の物体の中で最も近い瞬間天体に偶然出会ったことを確信した。

当初、多くの人がカウは超新星ではないかと疑っていたが、その明るさは予想をはるかに超えていた。予想の10～100倍の明るさで、記録上最も明るい超新星の1つだった。また、カウは光速の10パーセントの速度で粒子を噴出しており、これは爆発する恒星の速度よりもはるかに速い。そして、奇妙なことに、科学者が観察していたころには急速にピークに達し、最初の観測開始からわずか2週間余りで衰え始めた。

マルグッティと彼女のチームは、自分たちがこれまで誰も見たことのないものを目にしているのだとわかっていました。彼女は世界中の人々に働きかけ、さまざまな機器を使ってCowを観測し、X線、硬X線（硬X線より10倍強力）、電波、ガンマ線など、電磁スペクトル全体にわたる測定値を収集して、Cowの明るさが薄れ始めてからかなり経った後のその後を評価する準備を始めました。これらの機器には、NASAのNuSTARおよびSwiftミッション、ハワイのサブミリ波干渉計（SMA）、チリのアタカマ大型ミリ波干渉計（ALMA）、ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台が含まれます。

この総合的なアプローチが、今回の調査の鍵となった。たとえば、最初の分析では、Cow は静的で特定のサイズを持つブラックホールによる恒星の破壊であると示唆される。この説明は理にかなっているが、物体からの電波放射は、非常に厚く密度の高い環境で空間が膨張していることを示している。これは、特定のサイズを持つブラックホールの周囲で見られるものとは予想されない。

研究チームを本当に興奮させたのは、硬X線観測だ。マルグッティと彼女のチームは、その物体が極めて明るい硬X線を放射していることに気づいた。これはまったくの衝撃だった。「最初の説明は、何か間違ったことをしたということで、戻って問題の原因を解明する必要がある」とマルグッティは言う。しかし、他の機器が測定結果を検証していた。この種の特徴は、極めてコンパクトな物体を研究する研究者の間では、一般的には観測されない。

しかし、これは重力で周囲からガスや固体物質を吸い込むブラックホールを研究する天文学者によってよく観察される特徴である。他の専門家と話し合った後、研究チームは、Cow が実は新しく生まれたコンパクトな天体である可能性について考え始めた。

基本的に、マルグッティ氏と他の同僚たちは、Cow イベントはブラックホールまたは中性子星の誕生だと考えている。科学者がこのようなイベントの展開を観察するのは歴史上初めてだ。この物体は周囲から物質を吸い込み、エネルギーを放射しているように見えることから、おそらくブラックホールだろうが、強力な磁場を持つ中性子星がこの過程を駆動している可能性を科学者たちは否定していない。公平を期すために言うと、研究チームは、Cow が実際には非常にユニークで強力なタイプの超新星であるという可能性を完全には否定していない。

なぜ謎は未だに解けないのか？それは、Cow が明るすぎて、じっくりと観察できなかったからである。Cow 現象が最終的に完全に消えた後、研究チームはその後の経過を観察し、その原因が何であるかを突き止めるチャンスがあるかもしれない。

Cow で行われる研究はすべて、ブラックホールや中性子星などの天体が宇宙でどのように発生するかをより深く理解したい科学者にとって大きな恩恵となるはずです。「これは、これらの天体の形成を研究するための新しい窓が事実上得られたことを意味します」とマルグッティ氏は言います。「それは、これまでアクセスできなかった窓なのです。」

さらに、この発見は、マルチメッセンジャー天文学の進歩における大きな一歩でもあります。マルチメッセンジャー天文学とは、さまざまな信号から物体や現象を観測し、それらの振る舞いをより完全に描写することに重点を置いた宇宙研究のアプローチです。たとえば、LIGO などのプロジェクトのおかげで、重力波を検出することでブラックホールの合体を発見できますが、今後は、電磁放射や宇宙線を通じてブラックホールの合体を研究することも可能になるはずです。「私は、過渡現象の多波長観測を強く支持してきました」とマルグッティ氏は言います。「これは今後ますます重要になると思います」。特に、この種のデータの収集におけるテクノロジーがより鋭敏になり、より最適化されるようになるにつれて。

今のところ、研究チームはCowを監視し、それがさらに暗くなるのを待っている。彼らは今後数ヶ月以内に次の観測ラウンドを準備しているが、他のCowのような現象を発見し、その特徴を明らかにする作業も進めている。宇宙空間にはこうした恒星動物がかなり多く散らばっているようで、私たちはそれらを正しく観察し、説明する方法についてより良い考えを持っている。「こうした突発現象はまれだが、かつて予想していたほどまれではない」とマルグッティ氏は言う。「そして、今ではそれらを見つける方法がわかっている」。私たちは宇宙のあちこちで草を食む宇宙の牛の群れを探しているようだ。