NASA-JAXA XRISM Mission Sees Pulsar Gathering Companion’s ‘Wind’

日本宇宙航空研究開発機構（JAXA）主導のX線観測衛星XRISMが、超巨大な青色超巨星から流れ出す恒星風が相手方の中性子星に吸収される現象を、初めて直接観測することに成功した。恒星からのガスが圧縮された星に吸い込まれる詳細なメカニズムが、高性能X線分光観測により明らかにされたのだ。

観測対象はBP Crucisという連星系で、約13,000光年離れた南十字座に位置する。主星のWray 977は青色超巨星で、太陽の約40倍の質量と60倍の大きさを持つ。このように巨大で高温、高輝度な星からは、イオン化されたガスが常に宇宙空間へ流出し続ける。これが恒星風と呼ばれる現象である。相手方の伴星GX 301-2は中性子星で、かつての超新星爆発の残骸が圧縮された天体だ。直径は約20キロメートルながら、太陽以上の質量を詰め込んでおり、11分ごとに回転してX線ビームを地球に向けて周期的に放射するパルサーとして観測されている。軌道周期41.5日のうち、パルサーが主星に最接近する時と最遠になる時の近傍で、数日間にわたる強いX線フレアが発生することが知られていた。理論上、このフレアは恒星風がパルサーに吸積する際に生じると予想されてきたが、そのメカニズムの詳細については観測的な確証がなかった。

2025年2月1日、XRISMはこのフレアが発生している最中の終盤に約16時間の継続観測を実施した。搭載されたResolve分光器（NASAとJAXAの共同開発）は、X線の輝線と吸収線が時々刻々と変化する様子を詳細に記録した。特に、高度にイオン化された鉄による吸収線がもたらす情報が重要であった。その吸収線はラボで測定される基準値より低いエネルギーに位置していたのである。この赤方偏移と呼ばれる現象から、ガスがパルサーに向かって高速で運動していることが判明し、偏移量の詳細な解析からプラズマの速度が時速約335,000マイル、すなわち時速約540,000キロメートルに達していることがわかった。

研究チームが描く物理像は複雑かつ動的だ。パルサーが恒星風の流れに進入すると、濃密で乱流的なディスク構造が形成される。そこのガスは螺旋状に落ち込みながら加熱され、X線を放射してX線フレアのエネルギー源となる。パルサーがさらに流れ深く進むにつれて、ディスクは次第に崩壊し、プラズマが直接中性子星に流れ込むフェーズへ移行する。その後、パルサーが流れから脱出する最終段階では、反対方向に回転する新しいディスク構造が一時的に形成されるという変化が観測されると考えられている。この一連のプロセスは約4日間で完結する。

XRISMによるこの観測は、宇宙科学における先端的な分光観測の成果であり、日本が宇宙観測技術の最前線にあることを示す重要な実績である。高精度X線検出器や精密光学部品、耐宇宙環境の電子機器システムなど、こうした先端衛星に用いられる部品やシステムの開発・製造には、極めて高い技術水準が要求される。BP Crucisの観測を通じた新たな知見の蓄積は、宇宙産業全体の技術的信頼性を高め、日本の製造業が国際競争力を維持する上で重要な実績となるといえよう。

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