中性子星連星を放出する極めてまれなガンマ線が発見された

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中性子星は、知られている宇宙で最も魅力的な天体の1つです。最も密度の高いタイプの星(クォーク星を除く)に加えて、それらは重い星と2進ペアを形成することも知られています。今日までに検出されたそのようなシステムは39のみで、大規模な星と非常に高エネルギー(VHE)のガンマ線中性子星で構成されたシステムはまだ検出されていません。

今日までに見つかったシステムは2つだけで、2つ目はほんの数年前に非常に高エネルギーの放射線画像望遠鏡アレイシステム(VERITAS)と呼ばれる国際天文学者のチームによって発見されました。まれな発見であることに加えて、発見は非常に幸運でした。なぜなら、このシステムから来る彼らが観察した異常な行動は2067年まで再び起こらないからです。

簡単に言えば、中性子星は、超新星で爆発した星の高密度の残骸であり、急速に回転する非常に高密度でコンパクトな物体を残します。これにより、中性子星が強力な磁場を生成し、その放射を狭いビームに集束させます。このビームは、正面から見ると灯台のように見えます。これらのビームが地球と交差するとき、天文学者はラジオや他の波長でこれらのパルスを検出できます。

フォームバイナリペアの大規模な星では一般的であるため、一部のパルサーが超新星に向かっているそのパートナーを生き延びた軌道の伴侶を持っていることは驚くにはあたりません。これらのシステムでは、高速回転するパルサーの影響を受けるデブリディスクを使用することもよくあります。放射線が破片と衝突すると、ほぼ光速まで加速できる荷電粒子が生成され、非常に高いエネルギー(VHE)ガンマ線が発生します。

スミソニアン天体物理天文台(SAO)が運営するフレッドローレンスホイップル天文台にある4つの12 m望遠鏡を使用して、VERITASのコラボレーションは、2016年にVHEガンマ線パルサーシステムと考えられていたものの追跡を開始しました。このソースは、地球からシグナス座の方向に約5000光年ある巨大な恒星の保育園です。

2つの17 mの主要大気ガンマ線画像チェレンコフ(MAGIC)望遠鏡(カナリア諸島のエルロケデロスムチャチョス天文台にあります)を使用した天文学者のチームの助けを借りて、チームはパルサーに大規模な恒星の伴侶がいることを発見しましたそれは50年ごとに非常に楕円形の軌道を周回しました。また、2つのチームは、2017年11月13日までに星が軌道上で最も近い位置にあり、2067年まで再び星に到達すると計算しました。

VERITASコラボレーションのディレクターは、他の天文学者と以前に参加して、このシステムの最も近いアプローチの前、最中、および後にこのシステムを監視していました。彼らはフレッドローレンスウィップル天文台の4つの望遠鏡を使用して、地球の大気に吸収されたときに空に現れるチェレンコフ放射の非常に短いフラッシュからのガンマ線を検出しました。

2016年に行われた最初の観測では、ガンマ線の放出が弱いことが明らかになりました。これは、バイナリシステムが恒星の苗床に埋め込まれているという事実と一致しています。カリフォルニア大学ロサンゼルス校のポスドク研究員であるベリタスキャンペーンで主導的な役割を果たしたラルフバードは、次のように述べています。

したがって、科学者たちは、星が軌道の最も近い点に到達するのを待って、変化がないかどうかを確認しました。インスティトゥートデアストロフィシカデカナリアス(IAC)のMAGICの研究者であり、対応する研究の著者の1人であるAliciaLópezOramas氏は、次のように述べています。 、そしてこの機会を逃すことはできませんでした。」

9月までに、状況は大きく変化し始めました。デラウェア大学の物理学と天文学科の大学院生であり、VERITASのもう1つの主要な貢献者であるタイラーウィリアムソンは、次のように述べています。

「9月に観測されたガンマ線フラックスは、以前の値の2倍でした。星とパルサーが最も接近しているときの2017年11月のフラックスは、たった1泊で10倍に増加しました。」

この振る舞いを説明するために、チームはパルサー、デブリディスクに関する最新の理論に基づいて理論モデルを一致させ、観測結果に放出を適合させました。これはうまくいかず、2つの星の出会いに関するより良い情報を含む重要な修正が必要であると結論づけました。

つまり、適切なモデリングを行う前に、このバイナリペアをさらに観察する必要があります。このシステムは、VHEガンマ線放出を示すバイナリパルサーシステムの2番目のケースに過ぎないため、これは当然のことです。それにもかかわらず、VHEガンマ線パルサーバイナリの動作に関するこれまでの説明はすべて推測であったため、2つのチームが収集した観測は非常に貴重でした。

今後数年間、科学者はこのパルサーや他のパルサーを観察し続け、この極端なタイプのオブジェクトから生じるエキゾチックな行動を監視する予定です。そして、この特定のシステム用に適切なモデルを開発できれば、科学者にとって非常に価値が高くなり、パルサーからバイナリーブラックホールシステムに至るまで、コンパクトオブジェクトの誕生と進化への洞察が得られます。

CfAの天体物理学者であるWystan Benbowは、「VERITASのようなユニークで最先端の施設の運用への継続的な投資は重要であり、変革的な科学を達成するためのさらなる機会を確実にするでしょう」と述べています。

VERITASのコラボレーションは、米国、カナダ、ドイツ、アイルランドを拠点とする20の機関からの80人の科学者のグループです。彼らの調査結果を説明する研究は最近登場しました 天体物理ジャーナル。フレッドローレンスホイップル天文台は、スミソニアン天体物理天文台(SAO)によって運営されています。

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