天然粒子加速器を発見

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バイナリペアPSR B-1259-63 / SS 2883のHESS画像。画像クレジット:HESS。拡大するにはクリックしてください。
バイナリペアPSR B-1259-63 / SS 2883は、南半球の星座Crux(Southern Cross)の一般的な方向に約5,000光年離れた位置にあります。デュオは、パルサー(PSR B-1259)と巨大な青い巨人(SS 2883)で構成されており、3.4年ごとにステップを繰り返す広く揺れるダンスに閉じ込められています。より大規模なプライマリのパルサーの軌道は非常に偏心しているため、ペアは最接近時に1億キロメートル以内を通過し、最遠点ではその距離の約10倍離れます。最も接近している間、パルサーからの信号は、巨大な青い巨人に食われているため、大幅に減少します。

12.5メートルの高エネルギー立体視システム(HESS)を使用する観測者は、2004年2月から4月までの月のない夜のペアのダンスを記録し、パルサーがデュオの最も近いポイントに近づいたり戻ったりするタイミングを計りました。天文学者たちは、パルサーからの電波がその地域から来る超高ガンマ線と一致することを発見しました。

ドイツのハイデルベルクにあるマックスプランク核物理研究所のフェリックスアハロニアンによれば、このバイナリシステムは、超相対論的パルサー風と粒子の生成と停止の非常に複雑なMHD(電磁流体力学)プロセスの「オンライン監視」を可能にしますシステムの高エネルギーガンマ線のスペクトルおよび時間特性の研究による、相対論的衝撃波による加速。この点で、バイナリシステムPSR B1259-63は、パルサー風の物理を探求するユニークな研究室です。」

パルサーは、オーストラリアのParkes電波望遠鏡を使用して、1992年に天文学者のチームによって最初に検出されました。その磁気ジェットは、1秒に20回地球に向かっています。電波放射に加えて、パルサーは軌道全体にさまざまなエネルギーレベルでX線を送信します。これらのX線は、パルサーの磁場がコンパニオンブルージャイアントによって放出されたガスと相互作用するときに発生する放射線の結果であると考えられています。

ブルージャイアントSS 2883は、1992年にパルサーと一緒に発見されました。太陽の10倍の質量ですが、高温で急速に燃焼する核融合エンジンを搭載しています。それは非常に速く回転し、赤道から散発的に物質を排出します。論文「ディスカバリーオブバイナリパルサーPSR B-1259-63…H.E.S.S.」によると、「星は、等方性でない恒星風が赤道ディスクを形成し、質量の流出が増大していることが知られています。」

論文はさらに「タイミング測定はディスクが軌道面に対して傾いていることを示唆しています...」そのような軌道の傾きは「パルサーがディスクにペリアストロンの近くを2回横切る」原因になると述べています。そして、これらの交差点で、パルサーの磁場が恒星の噴出物の逆衝撃領域で荷電粒子と相互作用し始めると、物事は実際に勢いを増します。

結果として、このシステムは「連星プレリオン」であると言われています。「コンパニオンスターによって提供される強い光子場は、相対論的電子の冷却に重要な役割を果たすだけでなく、高エネルギーの生成の完璧なターゲットとしても機能します。逆コンプトン(IC)散乱によるエネルギーガンマ線。」フェリックスはこの概念をさらに拡張して、「パルサーは孤立していないが、強力な光学星に近いバイナリシステムに配置されている。この場合、高ガス圧下での恒星風との相互作用により、パルサー風は、磁場が非常に高いバイナリシステム内で終了します(標準のプレリオンよりも約1 G、つまり10,000〜100,000倍大きい)。さらに、光学星が存在するため、電子は星明りとの相互作用(コンプトン散乱)中に深刻な損失を被ります。これにより、電子の寿命は1時間以下と非常に短くなります。高エネルギーガンマ線は、電子(およびおそらく陽子)と星円盤の高密度ガス(非常に短いタイムスケールでも!)の相互作用によっても生成されます。

バイナリプレオンとして、スターシステムは、パルサーの偏心軌道と、相互作用するSS 2883の周りの星状物質の密度の幅広い変化に基づいて、幅広いエネルギー特性を表示します。周辺プラズマ近くで、周囲のプラズマと相互作用する「冷たい」パルサー風は、相対論的衝撃波の生成で終了し、次に、粒子を1 TeV以上の非常に高いエネルギーに加速します。これらの粒子の熱は、光子が高速で移動する電子と陽電子に当たると「冷却」されます。この逆コンプトン散乱効果は、光子周波数を激しく増幅することによってエネルギーを運びます。簡単に言うと、低エネルギーの「可視光」の光子は、はるかに高いエネルギーレベルにブーストされます。一部は、上部ガンマ線/下部宇宙線ドメインのテラ電子ボルト領域を達成します。

一方、パルサーが恒星の1次星から遠ざかるにつれて、衝突する荷電粒子は少なくなり、その一方で、中心の星からの可視光の光子密度も低下します。これが発生すると、光子の散乱が減少し、シンクロトロン放射が支配し始めます。このため、パルサーが減速して星から離れるにつれて、低出力レベルのX線がシステムのエネルギー特性を支配し始めます。

最後に、パルサーの軌道には2つの周期があり、青い巨人の星の円盤の赤道面と交差しています。これらの遷移点は、多数の超高エネルギーの光子、電子、陽電子、さらには陽子さえも生成する可能性があります。相対論的に加速された粒子が作成されると、それらは次に、高エネルギーの光子や他の粒子に分解できる他の多数の粒子を生成できる領域と相互作用します。

2005年6月13日の論文から、「パルサー風と恒星風が互いに相互作用することを含む、この複雑なシステムの理論的理解は、制約された観測がないため、非常に限られています。」しかし現在、H.E.S.S。などのIACTS(Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes)により、天文学者はPSR B-1259-63 / SS 2883などの他のシステムからの高エネルギーガンマ線の多くの新しい近点源を解決できるようになりました。

PSR B-1259-63 / SS 2883システムでは、自然が天文学者たちと物理学者たちに彼女の非常に独自のバージョンの超高エネルギー粒子加速器を提供しているようです。

ジェフバーバー脚本の作品

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