これまでに検出された中で最も明るいガンマ線バースト！宇宙で最も強力な爆発を探る

最近、我が国のインサイトHXMT衛星とポラリス宇宙望遠鏡がこれまでで最も明るいガンマ線バーストを正確に検出し、注目を集めました。では、ガンマ線バーストとはいったい何なのでしょうか?この爆発のエネルギーと力はどれほど強力なのでしょうか?

ガンマ線バーストの模式図

1960年代に、米国はヴェラ計画を開始し、地球近傍および大気圏内での核爆発を検知するために、X線検出器、ガンマ線検出器、中性子検出器などの装置を搭載した12機の衛星を打ち上げました。衛星は1963年から1970年にかけて打ち上げられました。1967年7月、衛星は初めて、ガンマ線帯域の信号が時間的に規則性なく突然増加し、その後急速に弱まることを発見しました。しかし、その強度は一日全体のガンマ線強度よりもさらに強かったのです。

さらに重要なのは、この現象は地球の表面からではなく宇宙から発生し、ガンマ線バーストと呼ばれているということです。それ以来、ヴェラプロジェクトでは同様の現象を何度も連続して観測してきましたが、ガンマ線バーストは持続時間が短く、方向の特定が難しいため、当初は研究の進展が非常に遅々として進みませんでした。

1991 年 4 月、この分野の専門衛星であるコンプトン ガンマ線観測衛星が宇宙に打ち上げられました。それ以来9年間で、天の川に集中せず、空全体に均等に分布しているガンマ線バーストが2,700個以上発見された。これは、ガンマ線バーストの発生源が天の川銀河の外にあることを意味し、ガンマ線バーストが信じられないほどのエネルギーを持ち、遠くからでも観測できることを改めて証明しています。

では、ガンマ線バーストはどれくらいのエネルギーを放出するのでしょうか? 1999 年 1 月に記録されたガンマ線バースト GRB 990123 は 1 分以上続きました。米国のROTSE-1光学望遠鏡は、22秒後にその光学望遠鏡が18等級から9等級へと急速に明るくなり、約4,000倍に増加したことを発見した。その後、スペクトル分析に基づいて、地球から約90億光年離れていると計算されました。総合的な計算により、このガンマ線バーストによって放出されるエネルギーは、西暦 1 年から現在までの天の川銀河のすべての星の総放射エネルギーを超えていることが分かりました。

その後の研究により、ガンマ線バーストの持続時間は一般的に0.01秒から1000秒の範囲であり、2秒を基準に長いバーストと短いバーストに分けられることが分かりました。長時間バーストは発見された全数の 70% を占め、明るい残光を伴うことが多い。対応する天体は可視光線、X 線、その他の帯域で見つかります。天文学者たちは、長い GRB は大質量星がブラックホールに崩壊するプロセスから生じる大質量星の「死」と関連していることが多いと考えています。短時間のバーストは比較的まれです。過去 20 年間で、天文学者は短時間のバーストに相当する現象を数十個しか発見しておらず、それらは 2 つのコンパクトな天体 (中性子星やブラックホールなど) の合体プロセスから発生したものだと考えています。

2022年10月、これまでに記録された中で最も強力なガンマ線バーストであるGRB 221009Aが300秒以上続き、多くの検出器を盲目にしたため、天文学者はその真の強度を直接記録することができませんでした。多くの望遠鏡による観測により、このガンマ線バーストは「人類文明史上記録された中で最も激しいもの」であり、これまで記録されたバーストの70倍の明るさであることがわかった。我が国のInsight-HXMT衛星は、硬X線および軟ガンマ線のエネルギー帯におけるガンマ線バーストの過渡放射線と初期残光について、世界最高精度の測定を実施しました。

ガンマ線バーストは私たちにどれほどの影響を与えるのでしょうか?幸いなことに、これまで観測されたガンマ線バーストはすべて天の川銀河の外側から来ており、地球にほとんど影響を与えていません。ガンマ線バーストが天の川銀河内で発生した場合、地球の生態系に壊滅的な被害をもたらすことが予想される。

地球の大気はX線とガンマ線を効果的に吸収しますが、ガンマ線バーストは大気中で酸素と窒素の化学反応を引き起こすのに十分です。窒素酸化物の増加は大量のオゾンを消費し、地表での紫外線の増大と光化学スモッグの蔓延を招き、植物の光合成を弱め、酸性雨を激化させるだろう...つまり、数千光年離れたガンマ線バーストは、発生後数年のうちに地球の生態系を徐々に破壊するだろう。いくつかの研究では、4億5000万年前のオルドビス紀・シルル紀の大量絶滅はガンマ線バーストによって引き起こされた可能性が高いと示唆されている。 （著者：イェ・ナン）