宇宙への旅人

パルサーが放つ物質と反物質の非常に長いビーム！　銀河系に「ノズル」を通じて噴出


【▲パルサー「PSR J2030+4415」から伸びる、物質と反物質（陽電子）からなる非常に長いビーム。左側：チャンドラが捉えたX線（青色表示）画像、右側：パルサーのクローズアップ画像（Credit: X-ray: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries; Optical: NSF/AURA/Gemini Consortium）】

パルサーから伸びる、物質と反物質（陽電子）からなる非常に長いビーム！

この画像はNASAのX線観測衛星チャンドラと、ハワイのマウナケア山にあるジェミニ光学望遠鏡によって捉えられました。

このパルサーは、地球から約1600光年の距離にあるPSR J2030+4415（略してJ2030）と呼ばれる、比較的小さなパルサーです。現在は1秒間に約3回、回転しています。

左側のパネルは、チャンドラが捉えたX線（青色表示）画像で、パルサーから磁力線に沿って流れる粒子が、光速の約3分の1の速度で移動しているところを示しています。この画像はビーム全体の3分の1しか表示していないのですが、その全体像（X線画像）を示す画像はこちらになります。

【▲冒頭の画像の左側パネルの全体像（X線画像）（Credit: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries）】

次に、右側のパネルは、パルサーをクローズアップしたもので、パルサー自体の周囲を飛ぶ粒子が作り出したX線が見えます。パルサーが秒速450㎞で宇宙を移動するとき、これらの粒子の一部が逃げ出し、長いフィラメントを作り出します。

通常パルサーは荷電粒子の風を発生させ、その強力な磁場の中に荷電粒子を閉じ込めています。パルサーは高速で星間空間を移動し、その後ろに風を引きずることになります。パルサーの前には、動いているボートの前に水が溜まっていくように、ガスのバウ・ショック（bow shock：弧状衝撃波）が進んでいます。

しかし、20〜30年前にバウ・ショックの動きが止まり、パルサーが追いついてきたようです。そして、パルサー風の磁場が星間磁場とリンクし、粒子の漏れを引き起こしたと思われます。その結果、高エネルギーの電子と陽電子が、銀河系に接続することで形成された「ノズル」を通じて噴出した可能性があるとのことです。

こちらは「PSR J2030+4415」について説明した動画です。

Tour: Pulsar J2030



宇宙の大部分は反物質ではなく、普通の物質で構成されています。しかし、科学者たちは、地球上の検出器で比較的多くの陽電子を検出し、その証拠を積み重ねています。このビームは、電子に対応する反物質である陽電子が、天の川銀河全体で驚くほど大量に検出されていることを説明するのに役立つと思われます。

反物質を扱ったSF的なネタには事欠きませんが、この研究のように、足が地についた研究の進展を期待したいものですね。

Video Credit: Chandra X-ray Observatory
Image Credit: X-ray: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries; Optical: NSF/AURA/Gemini Consortium、NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries

2022-03-27
Soraeより

かにパルサーの閃光とパルサーを発見した女性天文学者の「栄光」

Flashes of the Crab Pulsar



このわずか２秒の動画は、おうし座にある「かに星雲」として知られるパルサー（かにパルサー）の閃光を捉えたものです。画面中央のすぐ左上あたりを注視して見てください。この動画は、パルサーが点滅している時にだけ撮影された画像と、他の相対的な時間帯に撮影された画像を合成して作成されています。

かにパルサーは1054年に出現した超新星の残骸（中性子星）と考えられており、１秒間に30回も自転しています。パルサーとは「強い磁場を持ち回転する中性子星」のことです。


かに星雲の光学データ（赤色）とX線画像（青色）を合成した画像　中央の白い点がかにパルサー（Credit: NASA）

かにパルサーの点滅は、1957年シカゴ大学で開催された公開観測に参加していた無名の女性によって、最初に発見された可能性があるとも言われています。しかし、1967年に最初のパルサーを発見したジョスリン・ベル・バーネル（Susan Jocelyn Bell Burnell、1943-）によれば、かにパルサーが発する光の点滅を見るのは、多くの人にとって困難だと述べています。

2021年１月６日、イギリスの王立天文学会はジョスリン・ベル・バーネルに、最初のパルサーの発見と天文学への多大な貢献を称えて、ゴールドメダルを授与すると発表しました。本賞は1824年に創設された歴史のある賞であり、過去にはアインシュタイン、ハッブル、エディントン、ホーキングも受賞しています。

ジョスリン・ベル・バーネルは北アイルランドに生まれ、ケンブリッジ大学の大学院生のとき電波望遠鏡による観測で、非常に早く規則的に変化する電波信号をこぎつね座に見つけました。一時は「宇宙人」からの通信ではないかとも考えられましたが、この可能性はすぐに除外され、電波源は高速で回転する中性子星であると判明しました。この業績により、論文の筆頭著者であったアントニー・ヒューイッシュ（Antony Hewish、1924-）は1974年ノーベル物理学賞を受賞しました。

ジョスリン・ベル・バーネルはノーベル賞こそ受賞しなかったものの、その後数多くの賞を受賞し、2018年には基礎物理学ブレークスルー賞（Breakthrough Prize in Fundamental Physics）を受賞しました。賞の発表後、彼女は物理学の研究者になりたいと考えているマイノリティー（女性、少数民族、難民）の学生を支援するために、230万ポンド（約３億３千万円）の賞金全額を寄付することに決め、奨学金の基金としました。

かに星雲やパルサーのことはよく知られていますが、パルサーの最初の発見者であるジョスリン・ベル・バーネルについては意外と知られていません。彼女がパルサーの発見により、その後の天文学への科学的な貢献のみならず、マイノリティーへの支援など社会的な貢献をした事実は今後も「栄光」として輝き続けることでしょう。

Video Credit: Martin Fiedler
Image Credit: NASA、RAS

2021-02-12
Soraeより

巨大な原始超銀河団、「宇宙の灯台」たるパルサーの姿


1/5「Kes 75」と呼ばれる超新星残骸を観測していた科学者たちが、これまで発見されたなかで最も若いパルサーを発見した。NASAのチャンドラX線観測衛星でこの星域を観測したところ、大量のX線放出が見つかった（写真の、紫色やピンク色に輝いている部分）。地球から見ておよそ500年前にここで恒星が爆発し、その残骸がパルサー（青い部分）の回転による「風」を受けて飛び散っていると天文学者たちは考えています。
PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA

ヨーロッパ南天天文台（ESO）は2018年10月17日（現地時間）、ある原始超銀河団の写真を公開しました。長くて大げさな名前に聞こえるかもしれないですが、この名がまさにふさわしい。このような超銀河団には、膨大な数の銀河が含まれている可能性があるのです。

なかでも「ハイペリオン」は、これまでに発見されたうちで最も古くて巨大な超銀河団です。およそ110億年前の宇宙の様子を伝えてくれる貴重な存在です。

およそ19，000光年離れた場所にある超新星残骸とパルサーを調べます。質量の大きな恒星が爆発すると、宇宙で最も密度の高い物質のひとつである中性子星が生まれることがあります。そして、こうした中性子星のうち、自転するものをパルサーと呼びます。

パルサーは一定の速度で自転しています。このため太陽系を飛ぶ宇宙船は、パルサーから規則正しく放たれる光や電波などを距離標として利用し、宇宙のどのあたりにいるのかを正確に把握できます。つまり、パルサーは宇宙の灯台のようなものなのです。

この星域を観測していた天文学者たちが、大規模な磁気活動を発見しました。彼らは米航空宇宙局（NASA）の「チャンドラX線観測衛星」を使って、このパルサーを撮影することができました。確認された超新星物質の元になった恒星は、地球から見ておよそ500年前に爆発したと考えられます。このような物質を調べることで、科学者たちは星の一生についてさらに理解を深め、星が死んでから長い年月の間に何が起こるのかを知ることができるのです。

2018年11月4日
WIRED.jpより