天の川銀河を貫く磁気の航跡、宇宙の「灯台」

NASAのX線偏光観測衛星IXPEを用いて、パルサーPSR J1101−6101（「Lighthouse」の愛称で呼ばれる）の周囲の磁場が直接測定され、このパルサーから放射される高エネルギー粒子が磁場に沿って流れることが初めて確認された。この観測成果は、7月9日に米国の天体物理学ジャーナル『The Astrophysical Journal』に発表された。磁場は光速近くまで加速された粒子の流路となっており、宇宙空間を横切る目に見えない磁気の「通路」の存在が明らかになった。

パルサーは、超大質量星が超新星爆発を起こした後に残される高密度のニュートロン星であり、極めて強力な磁場を持つ。PSR J1101−6101は「Lighthouse Nebula」の中心に位置し、毎秒約16回転という高速で回転している。超新星爆発時の爆発波により秒速数百キロメートルの速度で移動していて、星間ガスを引き裂きながら進行している。

その過程で明るいX線の尾を残し、進行方向にほぼ垂直に伸びた細いフィラメント構造を形成している。研究者たちは長年、このフィラメントが銀河系の磁場に沿って流出する高エネルギー電子を示していると考えてきたが、今回の観測がこの仮説を検証する機会となった。 通常のX線望遠鏡とは異なり、IXPEはX線の偏光（電場の優先的な向き）を測定することで、目に見えない磁場の幾何学的構造を再構築することができる。

Lighthouse NebulaはX線放射が相対的に弱いため、研究チームは観測データから最大限の情報を引き出すために新しい分析技術を開発した。測定の結果、磁場がパルサーから外に伸びるフィラメントと平行に走っており、高エネルギー粒子が確かに磁場に沿って流れていることが確認された。しかし同時に、予想外の現象が明らかになった。

磁場は科学者たちが予測していたよりもはるかに整然とした構造を持っており、異常に強い偏光信号が検出されたのである。これはフィラメント内の磁気乱流が現在の理論予測より大幅に少ないことを示唆している。 ラジオ波とX線の波長帯域で観測された磁場の方向の顕著な違いは、これらのパルサーが極めて構造化された物体であることの強力な証拠となった。

この発見は、異なるエネルギーを持つ粒子が系内の異なる領域を占有しており、複数の、そして潜在的に大きく異なる加速メカニズムが同時に働いている可能性を示唆している。今回の観測結果は、宇宙の最も極端な環境下で粒子がいかにして光速近くまで加速されるのか、そして高速移動するパルサーが銀河系全体にどのようにエネルギー粒子を注入しているのかについて、従来の予測を上回る新しい知見をもたらした。

※ 内容の紹介はここまでです。続きは元記事をご覧ください。