35年間も続く謎の信号。未知のパルスを送信しているのは誰ですか?

制作：中国科学普及協会

著者: シュウ・ボー（ポピュラーサイエンスクリエイター）

プロデューサー: 中国科学博覧会

心臓検査を受けると、心電図上では心拍ごとに同じような形の破線が描かれます。心電図は、心拍中に人体から発せられる電気パルス信号を記録するものです。実際、豆類は世界中どこにでもあります。これは、短く強い信号が最初に現れ、その後すぐに消えていく物理的なプロセスです。

私たちの体には電気パルスが存在します。それらは特定の細胞間の電流によって生成されます。脳波や心電図などの電気生理学的活動が発生すると、対応するパルス信号が連続的に発せられます。それらの情報は専門的な機器を使用して収集および記録できます。私たちの日常生活の外では、宇宙のさまざまな天体がさまざまな電磁相互作用を行い、外界に向けてパルス信号を絶えず発し、電波望遠鏡の前でその正体を明らかにしています。

最も有名な電波パルス天体は間違いなくパルサーです。パルサーは時計のように一定の間隔で非常に高速なパルス信号を常に放射することができ、最も速いものは数ミリ秒ごとに放射することができるからです。最近、天文学者たちは35年間続いている未知のパルス源を発見した。パルサーのように点滅しますが、パルスの周波数は数百倍から数千倍遅くなります。

脈拍を記録した心電図（画像出典：Pixabay）

パルス：高速回転する中性子星によって掃引される

未確認の脈動について議論する前に、パルサーの発見の歴史を振り返ってみましょう。

1967年、ケンブリッジ大学の博士課程の学生だったジョスリン・ベルは、電波望遠鏡からのデータを分析中に、謎の電波源に気づきました。非常に正確な間隔で、1.337秒ごとにパルス信号を発しました。天文学者たちは、いったい何がこれほど正確なパルス信号を送ることができるのかと不思議に思わずにはいられません。それは地球外文明からの放送なのでしょうか?

当時のSF作品では、UFOを地球に運んでくる小さな緑色の宇宙人が大きな注目を集めました。ベルと彼の指導者ヒューイッシュは、この電波源を「リトル・グリーン・マン1」を意味する「LGM-1」と名付けたと半ば確信している。しかし数か月後、ベルはパルスを発する2番目の電波源を発見した。これは、謎のパルスがエイリアンによって引き起こされたのではないことを示しています。なぜなら、異なる惑星上の異なる地球外文明によって発せられた信号がすべて同じパターンを持つはずがないからです。これは未知の天体の仕業であるはずだ。

ジョセフィン・ベル（画像出典：Wikipedia）

天文学者たちは、1934年にバーデとツビッキーが行った予測を思い出した。巨大な星が燃え尽きると、自身の重力によって圧縮され、中性子で構成された高密度の天体、つまり中性子星になるというものである。中性子星の直径はわずか約20キロメートルです。大きさは都市ほどしかないが、その上の物質の1立方センチメートルあたりの重量は数億トンに上る。

中性子星は、非常に小さな天体に膨大な運動エネルギーが集中しているため、数秒ごとに1回転する高速回転能力を持っています。中性子星も強力な磁場に囲まれており、粒子は北磁極と南磁極から強力な放射線を放出します。さらに、中性子星の磁気軸と自転軸は実際には一致していないため、中性子星が回転すると放射線ビームが空を横切って広がります。角度が正しい限り、中性子星が一回転するたびに放射線ビームが地球を一周し、望遠鏡は点滅するパルスを観測します。これが中性子星がパルサーに変化する原理です。

主流の理論では、私たちが目にするパルスは中性子星の磁気軸の方向に放射される放射線ビームであると考えられています（画像提供：北京プラネタリウム）

謎のパルス信号の源は何でしょうか?

パルサーの理論モデルは完璧に思えますが、世の中に完璧な科学理論は存在せず、いくつかの新たな発見が私たちの認識に挑戦しています。

2023年7月、ネイチャー誌は奇妙な新発見を報じた。GPM J1839-10と番号が付けられた奇妙な「マグネター」である。この天体は白鳥座の方向、地球から15,000光年離れたところにあり、パルサーのように一定の間隔でパルス信号を発しています。しかし、数秒単位の周波数を持つパルサーと比較すると、この天体のパルス周波数は22分と遅く、放出される信号は1回につき5分間続きます。

研究者らはアーカイブを調べた結果、この天体のパルス信号は1988年にすでに記録されており、30年以上も続いているが、最近まで科学者らによって真剣に調査されていなかったことを発見した。

では、この天体はいったい何なのでしょうか?

最初の推測は、記録破りにゆっくりとした自転を持つ中性子星であるというものだ。中性子星が長時間回転すると、エネルギーが徐々に失われ、回転速度がどんどん遅くなります。しかし、エネルギーが減少するにつれて、中性子星の磁場によって生成される放射線ビームも徐々に弱まってきます。計算によれば、22分ごとに1回転する中性子星は、すでにパルスを放射するには古すぎるため、 GPM J1839-10は古い中性子星ではないはずだ。

中性子星は1秒未満のパルスを放射することもある（画像提供：オーストラリア国立望遠鏡局）

天文学者たちは、2番目の可能性としてマグネターを思いつきました。マグネターは、通常の中性子星よりも数千倍も強い磁気特性を持つ珍しい中性子星です。これまでに発見されたのは20個以上です。マグネターは比較的ゆっくりと回転し、一回転するのに数秒かかります。これらの惑星の環境はあまり安定しておらず、頻繁に爆発して強力なX線や電波パルスを発生させます。 GPM J1839-10の周囲にX線が見つかった場合、それは特にゆっくりと回転するマグネターであることを意味するのではないでしょうか?しかし残念なことに、その周囲に高エネルギー放射線の痕跡は発見されなかった。

マグネターの模式図（画像出典：天文学誌公式サイト）

GPM J1839-10は中性子星ではなく、別の天体なのでしょうか？

謎はまだ解明されていない。白色矮星か、それとも未解決の謎か?

3番目の仮説は非常に大胆です。謎の天体は白色矮星である可能性があるというものです。

白色矮星は、小さな恒星が消滅した後に形成される高密度の天体です。その直径は中性子星の数百倍で、地球とほぼ同じ大きさです。パルサーはすべて中性子星ではないのかと疑問に思うかもしれません。白色矮星もパルス信号を発することができるのでしょうか？

そうです、人類は実際にパルサーを装った白色矮星を 2 つ発見しています。2016 年に発見されたAR Scorpii は、1.97 分ごとにパルスを発しています。 2023年に発見されたJ1912-4410は5分ごとにパルスを発している。

AR スコーピウス（画像出典：Wikipedia）

両方の白色矮星は隣の赤色矮星と連星を形成し、数分ごとに互いの周りを回転します。白色矮星の磁場から高速で飛び出した粒子は、隣の赤色矮星に向かって投げ出され、強いパルスを形成します。このような白色矮星は数分おきにパルスを発するだけであり、その周波数は中性子星の第 2 レベルの周波数と比べると 22 分に非常に近い。それで、彼らは謎の脈動の源なのでしょうか?

残念ながら、白色矮星に関する推測は依然として現実と一致していません。白色矮星は放出するエネルギーが少ないため、先ほど述べたARさそり座の星の明るさはGPM J1839-10のわずか1000分の1です。

この天体がマグネターでも、中性子星でも、白色矮星でもないとしたら、一体何なのでしょうか?

歴史は、人類がパルサーを「小さな緑の信号」とみなしていた 1967 年に戻ったようだ。今日では多くの人々がGPM J1839-10を「エイリアン信号」の可能性があると考えています。しかし、この発見をした科学者チームは、2022年にGLEAM-X J162759.5-523504.3という番号の付いた別の同様の謎の天体も発見しました。 18分11秒ごとに約1分間のパルス信号を発していたが、2か月後に信号は消えた。

2つの異なる地球外文明が同じ信号を送信することはありません。これは、「LGM-1」が「リトルグリーンマン」ではないのと同じ理由です。最近現れた2つの謎のパルス信号も、宇宙人が送ったものではなく、同じ天体から発生したものだ。宇宙には20分ごとにパルスを発する天体が存在するようです。それは、超低速で回転する新しいタイプの中性子星である可能性があり、あるいはまったく新しい未知の天体である可能性もあります。これは自然に発生する天文現象であり、新たな観察と理論による説明を待つだけです。

結論

歴史的に見ると、天文学者は 1967 年にパルサーを発見して以来、同様の天体を次々と発見してきました。データが蓄積されるにつれて、その秘密はついに明らかになった。現在、GPM J1839-10 が何であるかを知りたい場合、最善の策は、より詳細で長期的な天空観測を実施し、新しい理論を開発することかもしれません。同様の電波源をさらに発見すれば、謎はすぐに解けるだろう。

参考文献:

[1] ハーリーウォーカー、N.、他「30年間にわたって活動している長周期の電波トランジェント。」ネイチャー619.7970（2023）：487-490。

[2] カスピ、ビクトリアM.「長寿命源からの低速電波」 （2023）：472-473.

[3] 珍しく謎めいた電波源が天文学者を困惑させている、天文学雑誌。

[4] 奇妙な「遅い」中性子星は死んだ星についての私たちの理論に疑問を投げかけます。

[5] 1988年以来、宇宙では20分ごとに何かが光り始めている、ArcTechnica。