世界記録を破ろう！ Insight-HXMT 衛星は「見た」…

最近、我が国のInsight-HXMT衛星チームは、Swift J0243.6+6124という番号の付いた中性子星X線連星で、最大146keVのエネルギーを持つサイクロトロン吸収線を発見しました。対応する中性子星の表面磁場の強度は16億テスラを超えます。関連する研究結果は、The Astrophysical Journal Letters にオンラインで掲載されました。

「インサイト-HXMT衛星が、宇宙で最も高いエネルギーのサイクロトロン吸収線と最も強い磁場を直接測定した世界記録を大幅に更新したのは、2020年に宇宙で最も強い磁場である約10億テスラを直接測定したのに続き、今回が2度目となる。」

7月5日、中国科学院高能源物理研究所研究員でインサイトHXMT衛星の主任科学者である張双南氏は科技日報のインタビューでこう指摘した。

降着パルサーを観測する Insight-HXMT 衛星の芸術的なイラスト。画像提供：中国科学院高エネルギー物理研究所。

中性子星は宇宙で最も強い磁場を持つ天体です。中性子星X線連星系は、中性子星とその伴星で構成されています。星に付随するガスは中性子星の強い重力の影響で中性子星に向かって落下し、中性子星の周りを高速で回転するガス円盤を形成します。これを降着円盤と呼びます。降着円盤上の物質は磁力線に沿って中性子星の表面に落下し、強いX線を放射します。この放射線は中性子星が回転するにつれて周期的なX線パルス信号を形成するため、このタイプの天体は「X線降着パルサー」とも呼ばれます。

多数の観測により、このタイプの天体は、X 線放射エネルギー スペクトルにおいて「凹面」構造を持つことが判明しています。理論的には、これは磁場内での電子サイクロトロンの電子共鳴散乱によって引き起こされると考えられており、この「凹面」構造はサイクロトロン吸収線と呼ばれます。吸収線のエネルギーは磁場の強度に対応します。この現象を利用して、中性子星の表面付近の磁場の強度を直接測定することができます。

「サイクロトロン吸収線のエネルギーに対応する磁場の強さが、中性子星表面の磁場の強さです。これは現在、中性子星表面の磁場の強さを直接測定する唯一の方法です」と張双南氏は語った。

これまで、天文学者たちは天の川銀河外の複数の銀河で超高輝度X線パルサーを発見し、これらのパルサーの磁場強度が非常に高いと推測してきたが、直接的な測定証拠は見つかっていない。

「今回の発見は、宇宙の天体の磁場を直接測定したこれまでの最高記録であるだけでなく、超高輝度X線源における中性子星の表面磁場の初めての直接測定でもある」と張双南氏は語った。

張双南氏は、この成果の達成はInsight-HXMT衛星の独自の利点と切り離せないものだと見ている。 Insight-HXMT衛星は我が国初のX線天文衛星であり、高エネルギーX線望遠鏡、中エネルギーX線望遠鏡、低エネルギーX線望遠鏡の3つの科学ペイロードと宇宙環境モニターを搭載しています。

「外国のX線衛星と比較すると、Insight-HXMT衛星は、エネルギー帯域の広いカバー範囲、高エネルギーX線エネルギー帯域における最大の有効面積、高い時間分解能、強い源を観測する際の光子の重なり効果がないなど、優れた利点がある。ブラックホールや中性子星からの硬X線の急速な光の変化の観測とエネルギースペクトル研究に新たな窓を開いた」と張双南氏は述べた。

出典：科技日報