画像クレジット：NASA
天文学者は、宇宙で最も強力な爆発であるガンマ線バーストが、宇宙で最もエネルギーの高い粒子である超高エネルギー宇宙線を生成している可能性があると信じています。 NASAの軌道を外れたコンプトンガンマ線天文台によって収集された証拠は、ガンマ線バーストの1つのインスタンスで、これらの高エネルギー粒子が領域を支配して、それらの間の接続を提供していることを示しました。
NASAのコンプトンガンマ線観測所による観測の新しい分析によると、宇宙で最も強力な爆発であるガンマ線バーストは、超高エネルギー宇宙線（UHECR）と呼ばれる宇宙で最もエネルギーの高い粒子を生成する可能性があります。
研究者たちは、8月14日号のNatureのレポートで、これらの不可解なバーストからの光の中で新たに特定されたパターンの性質を報告しています。
これらの陽子は、爆発の破片のように、UHECRである可能性があります。そのような宇宙線はまれであり、宇宙物理学の永続的な謎を構成しており、物理的な説明に逆らっているように見えます。なぜなら、それらは超新星爆発などのよく知られたメカニズムで生成するにはあまりにもエネルギッシュすぎるためです。
「宇宙線は、光とは異なり、磁場によって宇宙空間で泡立てられるため、どこから来たかは忘れてしまいます」と、ニューメキシコのロスアラモス国立研究所の筆頭著者であり、ウィスコンシン大学の大学院生であるMaria Magdalena Gonzalezは述べています。 「この結果は、彼らが彼らの産地で生産されているという証拠を見ることができる刺激的な機会です。」
ガンマ線バースト-謎の科学者がついに解明を始めた-は、100兆兆の太陽と同じくらい見事に輝き、その多くは、異常に強力なタイプの爆発する星からのものである可能性があります。バーストは一般的ですが、ランダムで一時的なもので、数秒しか続きません。
宇宙線は、光速に近い速度で移動する原子粒子（電子、陽子、ニュートリノなど）です。低エネルギーの宇宙線は、太陽フレアと典型的な星の爆発によって推進され、常に地球に衝突します。 UHECRは、メジャーリーグで投げられた野球のエネルギーを運ぶ各原子粒子で、最大の人造粒子加速器で生成された粒子よりも1億倍もエネルギーがあります。
科学者たちは、UHECRは地球に比較的近く生成する必要があると述べています。1億光年を超える距離を移動する粒子は、到達するまでにエネルギーの一部を失うからです。しかし、UHECRを生成するのに十分な強力な通常の宇宙線源はありません。
ゴンザレス主導の論文は、UHECRの生産に特に焦点を当てているのではなく、ガンマ線バーストで見られる新しい光のパターンに焦点を当てています。グループはコンプトン天文台のアーカイブ（ミッションは2000年に終了）を深く掘り下げ、1994年のガンマ線バースト（GRB941017）が、この宇宙船によって記録された他の2,700バーストとは異なるように見えることを発見しました。このバーストは、おそらく100億光年離れた星座のサギッタ、アローの方向にありました。
科学者がガンマ線と呼ぶのは、実際には、虹の色として私たちの目が記録するエネルギーよりも100万倍以上広いエネルギー範囲をカバーする光子（軽い粒子）です。ゴンザレスのグループは、高エネルギーのガンマ線光子を調べました。科学者たちは、これらのタイプの光子がバーストを支配していることを発見しました。それらは平均して、低エネルギー成分よりも少なくとも3倍強力であり、驚くべきことに、約100秒後に数千倍強力でした。
つまり、衛星の検出器に当たる低エネルギー光子の流れが緩和され始めた一方で、高エネルギー光子の流れは安定したままでした。この発見は、ほとんどのバーストを説明する一般的な「シンクロトロン衝撃モデル」と一致していません。では、この高エネルギー光子の濃縮を説明できるものは何でしょうか？
「1つの説明は、超高エネルギー宇宙線が原因であるが、それらが我々が見たエネルギーパターンでガンマ線を正確にどのように作成するかは、多くの計算が必要である」と論文の共著者であるLANLのブレンダディンガス博士は述べた。 「これを理解しようとする一部の理論家を忙しくさせます。」
超高エネルギー電子の遅延注入は、GRB 941017で観測された予想外に大きな高エネルギーガンマ線の流れを説明する別の方法を提供します。ただし、この説明では標準バーストモデルの修正が必要になると、共著者のチャールズダーマー博士は述べています。ワシントンの米海軍研究所の理論天体物理学者。 「どちらの場合でも、この結果はガンマ線バーストで起こっている新しいプロセスを明らかにします」と彼は言った。
地球から1億光年以内に発生したガンマ線バーストは検出されていませんが、古くからこれらのタイプの爆発が局所的に発生した可能性があります。もしそうなら、彼女のグループがGRB 941017で見たメカニズムは家の近くで、今日私たちが目にするUHECRを供給するのに十分近いように複製された可能性があるとディンガス氏は語った。
コンプトン天文台アーカイブの他のバーストは同様のパターンを示した可能性がありますが、データは決定的ではありません。 NASAのガンマ線広域宇宙望遠鏡（GLAST）は、2006年に打ち上げが予定されており、高エネルギーのガンマ線光子を解決してこの謎を解決するのに十分な強力な検出器を備えています。
Natureレポートの共著者には、Ph.D。ハンツビルにあるアラバマ大学の大学院生である金子祐希、ロバート・プリース博士、マイケル・ブリッグス博士。この研究は、NASAおよび海軍研究局によって資金提供されました。
図に示すように、UHECRは大気中に衝突したときに観測されます。衝突のエネルギーにより、何十億もの素粒子の空気シャワーと紫外線の閃光が生成され、それらは特別な機器によって検出されます。
全米科学財団と国際協力者は、ユタ州の高解像度フライズアイ（http://www.cosmic-ray.org/learn.html）やアルゼンチンのオージェ天文台（http：/ /www.auger.org/）。さらに、NASAは欧州宇宙機関と協力して、国際宇宙ステーションにエクストリームユニバース宇宙天文台（http://aquila.lbl.gov/EUSO/）を設置しています。提案されたOWL任務は、軌道から、テキサスと同じくらい広い地域を見ながら、空気シャワーに向かって下を向いています。
これらの科学者は、閃光を記録し、亜原子爆弾のセンサスを取り、大気カスケードを作るために単一粒子が必要とするエネルギー量を計算するために逆向きに作業します。彼らは10 ^ 20電子ボルト（eV）以上の衝撃的な数値に到達します。 （比較のために、黄色の光の粒子のエネルギーは2 eVであり、テレビ管内の電子は1000電子ボルトのエネルギー範囲にあります。）
これらの超高エネルギー粒子は、アインシュタインの特殊相対性理論によって予測された奇妙な効果を経験します。宇宙の遠くの隅から、たとえば1億光年離れたところからそれらがやって来るのを観察できたとしたら、我慢する必要があります。旅行を完了するには1億年かかります。しかし、粒子と一緒に移動できた場合、観察者が測定した高速移動物体の時間の膨張により、移動は1日未満で終了します。
最高エネルギーの宇宙線は、ビッグバンから残された宇宙マイクロ波光子と衝突してエネルギーを失うため、遠い線源から生成された場合でも到達できません。これらの宇宙線の発生源は、数億光年の距離で、比較的私たちの近くにあるはずです。ガンマ線バーストとして爆発する星はこの距離内にあります。そのため、宇宙線によって作られた放射線ハローによって区別されるガンマ線バーストの残骸を見つけるために、集中的な観測の取り組みが進行中です。
いくつかの種類の天体は、粒子をUHECR速度まで爆破するために必要な極端な条件を備えています。ガンマ線バーストがUHECRを生成する場合、爆発から放出された物質のジェット内の粒子を光速に近い速度で加速することにより、おそらくそれらを生成します。ガンマ線バーストにはUHECRを加速する力がありますが、これまでに観測されたガンマ線バーストは遠く、数十億光年離れています。これは、それらがUHECRカットオフ距離内で近く発生しないことを意味しません。
GRB941017のような長寿命のガンマ線バーストの主要な候補は、超新星/コラプサーモデルです。超新星は、太陽よりも何倍も重い星が燃料を使い果たし、その外層が巨大な熱核爆発で吹き飛ばされている間に、そのコアが自身の重力で崩壊するときに発生します。コラプサルは特別な種類の超新星で、コアが非常に重いため、ブラックホールに崩壊します。オブジェクトは非常に密集しているため、ブラックホールの事象の地平線の中で、光さえも重力から逃れることはできません。しかし、観察から、ブラックホールはずさんな食物であり、イベントの地平線の近くを通過するが通過しない物質を排出していることがわかります。
折りたたみ式では、星の中心部が新しく形成されたブラックホールの周囲に物質の円盤を形成します。たとえば、排水口の周りを渦巻く水のようです。ブラックホールはディスクのほとんどを消費しますが、ブラックホールの極からのジェットで一部の物質が爆発します。ジェットは、光速に近い速度で崩壊する星を引き裂き、運命の星を取り巻くガスを打ち抜きます。ジェットが星間物質に衝突すると、衝撃波が発生して減速します。ジェットの前縁が遅くなり、高速の物質の流れによって背後から叩きつけられると、内部衝撃もジェットに発生します。衝撃は、ガンマ線を生成する粒子を加速します。チームによると、粒子をUHECRの速度まで加速することもできます。
「それは、パドルとテーブルの間でピンポンボールを跳ねるようなものです」とディンガスは言いました。 「パドルをテーブルに近づけると、ボールはどんどん速く跳ねます。ガンマ線バーストでは、パドルとテーブルはジェットで噴出される砲弾です。乱流磁場により、粒子は殻の間を跳ね返り、UHECRとして解放される前に、粒子をほぼ光速まで加速します。」
ガンマ線バーストからのニュートリノの検出は、ガンマ線バーストによる宇宙線加速のケースを確定します。ニュートリノは、高エネルギー陽子が光子と衝突したときに作られるとらえどころのない粒子です。ニュートリノは電荷を持たないので、依然としてそれらの発生源の方向を指しています。
National Science Foundationは現在、南極の下の氷の中にある立方キロメートルの検出器であるIceCube（http://icecube.wisc.edu/）を構築して、ガンマ線バーストからのニュートリノ放出を検索しています。ただし、マリオヴィエトリ（Universita di Roma）とEli Waxman（Weizmann Institute）から提案されて以来、ガンマ線バーストを引き起こす爆発する星による加速が支持されているにもかかわらず、自然界の最高エネルギー粒子加速器の特性は永続的な謎のままです。 1995年に。
チームは、この観察について他の説明が可能である一方で、結果はガンマ線バーストにおけるUHECR加速と一致していると信じています。彼らは、GRB941017爆発で低エネルギーと高エネルギーの両方のガンマ線を見ました。低エネルギーのガンマ線は科学者が強い磁場によって偏向される高速電子から期待するものですが、高エネルギー線はバーストで生成されたUHECRのいくつかが他の光子に衝突して粒子のシャワーを作る場合に期待されるものです、それらのいくつかは崩壊すると高エネルギーのガンマ線を生成するために点滅します。
ガンマ線放出のタイミングも重要です。低エネルギーのガンマ線は比較的急速に消え、高エネルギーのガンマ線は残りました。これは、2つの異なるクラスの粒子（電子とUHECRの陽子）が異なるガンマ線の原因である場合に意味があります。 「陽子よりも電子の方がエネルギーを放射する方がはるかに簡単です。したがって、電子からの低エネルギーガンマ線の放出は、陽子からの高エネルギーガンマ線よりも短くなります。
コンプトンガンマ線天文台は、NASAの2番目の大天文台であり、ハッブル宇宙望遠鏡やチャンドラX線天文台に相当するガンマ線です。コンプトンは1991年4月にスペースシャトルアトランティスに搭載されて発進し、17トンで、当時最大の宇宙物理ペイロードでした。その先駆的な使命の終わりに、コンプトンは軌道を解除され、2000年6月4日に地球の大気圏に再び入りました。
元のソース：NASAニュースリリース
