中国の科学者が超高エネルギー宇宙線の天の川起源を特定

この発見を詳述した論文の著者によると、「現時点で初の超宇宙線加速器が確認された」
これまでの理論では、より低いエネルギーを持つ光線のみが私たちの銀河内で発生していると示唆されていました。

中国南西部の天文台の科学者らは、超宇宙線加速器を特定したと発表した。この発見は、私たちの銀河系における宇宙線の起源と源についての理解を根本的に変える可能性がある。
私たちの太陽系の約1,000万倍の大きさである泡のような構造の存在は、その起源に関するこれまでの理論とは対照的に、超高エネルギーのガンマ線がどのようにして天の川銀河内で発生したのかを説明できる可能性がある、と研究者らは述べた。

査読付きのサイエンス・ブリテンに月曜日に掲載された論文によると、この構造は四川省の大高高度空気シャワー天文台（ラソ）によって白鳥座で観察されたという。
特派員の中国科学院高エネルギー物理研究所教授の曹振氏は国営新華社通信に対し、「現時点で確認された超宇宙線加速器はこれが初めてだ」と語った。

宇宙線は、ほぼ光の速度で空間を移動する荷電粒子です。 それらは 100 年以上前に発見されましたが、科学者たちは地球に到達する光線がどのように形成され、どこで発生したかについてはまだわかっていません。

これまでの宇宙線のエネルギー スペクトルでは、1 ペタ電子ボルト (PeV) のエネルギー レベル付近に変曲点が示されていました。これは、グラフの形状から「ニー」と呼ばれます。

1 PeV 未満のエネルギーを持つ宇宙線は天の川銀河内から発生すると考えられているが、これを超えるエネルギーを持つ宇宙線は銀河系の外側から発生すると考えられている、と曹氏は四川ニュースネットワークに語った。

しかし、2020年にラアソは、白鳥座から発生する1PeVを超えるエネルギーを持つ宇宙線によって生成される超高エネルギー光子を発見した。 最新の論文では、これらの光線がどのように形成されたかを詳しく説明しています。

研究者らは、はくちょう座Xと呼ばれるこの星座の星形成領域にある泡のような構造に、2.5 PeVもの光子を含む、1 PeVを超える複数の光子が含まれていることを発見した。

研究チームは、バブルの中心で、はくちょう座OB2と呼ばれる巨大な星団を特定した。この星団には多くの若い熱い星が含まれており、その中には表面温度が摂氏3万5000度を超えるものもある。これが超宇宙線加速器である可能性がある。

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論文によれば、気泡の構造とエネルギースペクトルは「核内に粒子加速器があると仮定することによって合理的に再現される」という。

中国の天文台が物理法則を書き換える可能性のある宇宙光を検出
2021 年 5 月 18 日
チベット高原で研究を行っている科学者たちは、これまでに観測された中で最も強力な宇宙線を検出しました。 写真: 配布資料
宇宙線加速器は、10～25 PeVのエネルギーで宇宙線を星間空間に注入することができ、これが星間ガスと衝突して1 PeV以上のエネルギーの観測光子を生成します。

曹氏は四川ニュースネットワークに対し、この星団内の恒星は「太陽の100万倍から100万倍」の放射線強度を持っていると語った。 放射圧によって星の表面から吹き飛ばされた物質は高速の風を生み出し、星間物質と衝突して粒子加速器を形成します。

「加速器が形成された後、陽子が支配する微細な粒子が非常に高いエネルギーまで加速され、それが地球上で観測される宇宙線になります」と曹氏は述べた。

研究者らは、気泡構造を取り囲むガスが、高エネルギー粒子が星間空間に加速されることによって生成されるガンマ線の強度と相関していることを発見した。

「私たちの銀河系のすべての宇宙線源には、そのような宇宙線のバブルやハローがあるという確固たる仮定がある」と研究者らは論文に書いている。

銀河の中心にある「超大質量」ブラックホールを初めて観測
宇宙線の拡散速度は予想よりもはるかに遅く、これまで考えられていた速度の100分の1であったため、研究者らはバブルを観察することができたと曹氏は四川ニュースネットワークに語った。

同氏は新華社の報道で、「観測時間が増加するにつれ、ラアソはより多くの超宇宙線加速器を検出すると予想される」と述べた。 曹氏は、さらなる発見によって「宇宙線の起源に関する一世紀にわたる謎が解ける」ことを期待していると付け加えた。

イタリア国立天体物理学研究所の天体物理学者エレナ・アマト氏は、この結果は「銀河内の宇宙線輸送の記述に非常に関連した結果をもたらす」と述べた。