A source of extremely high-energy particles in the Milky Way identified

天の川銀河の中で、極めて高いエネルギーを持つ宇宙線陽子を生み出す「加速器」がひとつ、決定的に特定された。広島大学が率いる国際研究チームが、地上と宇宙にある三つの主要な観測装置のデータを解析し、LHAASO J1912+1014uと呼ばれる天体が、1000兆（10の15乗）電子ボルト、すなわち1ペタ電子ボルト（PeV）を超えるエネルギーまで陽子を加速する「陽子ペバトロン」であることを突き止めた。この成果はThe Astrophysical Journal誌に掲載された。

宇宙線は主に陽子といくらかの電子から成り、人類が作った加速器を上回るエネルギーに達することがある。銀河宇宙線の最高エネルギーはPeVに達し、それを超えることもあり、この水準を超える陽子加速器を見つけることは現代天体物理学で最も注目される課題のひとつとされている。LHAASO J1912+1014uは、日本と中国が1990年から進めるチベットASガンマ実験や、中国のLHAASO実験が発見した0.1PeVを超えるガンマ線源のひとつである。

ただしガンマ線は宇宙線電子からも生じ得るうえ、これらの実験は画像分解能に限りがあるため、両実験のデータだけでは陽子ペバトロンだと断定できなかった。 そこで研究チームは、NASAが率いるフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡（Fermi-LAT）、日本の野辺山45メートル電波望遠鏡によるFUGINサーベイ、NASAのチャンドラX線観測衛星という三つの装置のデータを組み合わせた。LHAASO J1912+1014uは2024年に発見され、わし座の中、夏の大三角を構成する織姫星アルタイルの近くに位置する。

電波からガンマ線に及ぶ広い波長域のデータを用いた多波長モデリングにより、この天体の姿を詳細に描き出した。 決め手は三つの証拠である。第一に、ガンマ線放射が100兆電子ボルト超から4億電子ボルトまで滑らかに連続しており、電子加速器だとする説明はエネルギーの観点から成り立ちにくい。

第二に、GeV帯のガンマ線分布がFUGINの電波データが示す星間ガスの分布とよく一致し、陽子ペバトロンのシナリオを強く支持する。第三に、チャンドラのX線データから拡散X線放射が非常に弱いことが分かり、このシナリオをさらに裏付けた。研究チームは陽子ペバトロンを特定しただけでなく、加速された粒子の性質も明らかにした点を強調している。

天の川銀河には同様のペバトロン候補が数十個あるとされ、チームは今後、他の候補天体も網羅的に調べる計画である。

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