GR221009A

GR221009A

フェルミガンマ線宇宙望遠鏡が捉えたGRB 221009Aの10時間タイムラプス
イベントタイプ	ガンマ線バースト
日付	約19億年前 （2022年10月9日に検出）
間隔	10分
楽器	スウィフトとフェルミのガンマ線宇宙望遠鏡
星座	サジッタ
赤経	19時間13分03.48秒
偏角	+19° 46′ 24.6″
距離	約24億光年
赤方偏移	0.151
その他の指定	スイフト J1913.1+1946
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GRB 221009Aは、 2022年10月9日にニール・ゲーレルズ・スウィフト天文台とフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡によって共同で発見された、非常に明るく非常にエネルギーの強いガンマ線バースト（GRB）である。ガンマ線バーストは10分間続いたが^[1]、最初の検出後10時間以上にわたって検出可能であった。^{[2] [3]}約24億光年離れているにもかかわらず、地球の大気に影響を及ぼすほど強力であり、地球上で記録されたガンマ線バーストの影響としては最強であった。^{[4] [5] [6] [7] [8]} GRB 221009Aのピーク光度は、Konus-Windによって約2.1 × 10 ⁴⁷ W、フェルミ・ガンマ線バースト・モニターによって1.024秒間隔で約1.0 × 10 ⁴⁷ Wと測定された。^[9] 221009Aほどエネルギーが高く、地球に最も近い場所で発生するバーストは、1万年に一度の出来事だと考えられています。^{[10] [9]}これは、これまでに記録されたガンマ線バーストの中で最も明るく、最もエネルギーが強かったため、BOAT（史上最も明るい）とも呼ばれています。^{[9] [11] [12] [13]}

GRB 221009Aはやぎ座からやってきて、推定19億年前に発生したが、^[14]その発生源は地球に届くまでの宇宙の膨張により、現在地球から24億光年離れている。 ^{[15]このバーストの高強度放射は、電波放射からガンマ線まで、}電磁スペクトル上で15桁に及んだ。最初のバーストを生成したプロセスの終息によって放送された無線信号は、今後何年も残る可能性が高い。^[16]この広帯域放射は、通常は一瞬で消えるGRBを詳細に研究するまれな機会を提供する。^{[14] [16]}

このバーストはフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡の検出器を飽和させ、^[17] 100 GeVを超えるエネルギーのガンマ線光子を捉えた。 ^{[18] GRB 221009Aは、科学機器によってこれまで観測された超高エネルギー（} VHE ）光子の最も生産性の高いイベントである。GRB 221009A以前には、GRB天文学の全歴史を通じて検出された超高エネルギー光子の数は数百に過ぎなかった。このバーストは、初期にGRBからの超高エネルギー（VHE）光子放出が検出された初めてのケースでもあった。^[19]バーストの放射が地球に到達したとき、大型高高度空気シャワー観測所（LHAASO）だけで5,000を超えるそのようなVHE光子を観測した。これらの光子の一部は、記録的な18TeVのエネルギーを携えて地球に到達したが^{[20] [21]} 、これは欧州原子核研究センター（CERN）の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で生成できるエネルギーを超えている。 ^{[22] [12]ロシアの}バクサンニュートリノ観測所のカーペット2施設も、このバーストから単一の251TeV光子を記録した可能性がある。^[17]検出されたエネルギーは、最大1TeVのエネルギーを持っていたGRB 190114C ^[23]や、最大3.3TeVのエネルギーを持っていたGRB 190829A ^[24]をはるかに上回っており、 221009Aはこれまでで初めてかつ唯一の10TeVを超える光子を発したGRBである。^{[25] [26]}このバーストはおそらく初めて超高エネルギー宇宙線の加速の特徴を示しており、 ^{[27] [28]}ある研究では、もし宇宙線がバーストによって加速されていたら、おそらく1 ZeV（10 ²¹電子ボルト）以上のエネルギーに達していただろうと推定しており、^{[29]これは、これまで観測された中で最もエネルギーの高い宇宙線である}オーマイゴッド粒子よりもほぼ一桁以上大きい。

GRB 221009Aはその後、中性子星内部組成探査機（NICER）^[14] 、全天X線画像監視衛星（MAXI）、撮像X線偏光測定衛星（IXPE）^{[30] [31] [8]} 、国際ガンマ線天体物理学研究所（INTEGRAL）、XMMニュートン宇宙望遠鏡^{[32] 、}大型高高度空気シャワー観測衛星（LHASSO）^{[33] [34]}など多くの衛星によって観測された。^{[22] [35]}

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による観測により、 GRB 221009Aは超新星爆発を起こした大質量星によって引き起こされたことが確認された。^[36]この超新星はIc型超新星で、GRBに関連する最初の超新星であるSN 1998bwに似ている。

インドとドイツの雷検出器は、バーストによって地球の電離層が数時間にわたって乱された兆候を捉えたが、その乱れは軽微なものにとどまっており、 ^{[37] [17] [4]}大量の荷電粒子の流入も捉えており、^[38]その威力の大きさを示している。^{[39] [12]}さらに、ある研究では、このガンマ線バーストの相対論的ジェットは異常な構造をしていると説明されている。^{[40] [41]}

天文学者の中には、このバーストを「史上最も明るい」、あるいはその頭文字をとって「BOAT」と呼んだ者もいる。^{[17] [42]}リバプール・ジョン・ムーアズ大学天体物理学研究所の天体物理学者ダン・パーリーは、「人類の経験の中で、これほどのエネルギーの噴出に近いものは何もない。何もない」と述べている。^[43]ルイジアナ州立大学の天文学者エリック・バーンズも、このバーストのエネルギーについて、「このもののエネルギーは非常に大きいため、太陽全体を純粋なエネルギーに変換したとしても、この現象には及ばないだろう。匹敵するものがないのだ」と述べている。^[44]ガンマ線バーストの威力は、放出されるガンマ線と深宇宙に遍在する星間塵の帯との相互作用の度合いで測ることができる。このような相互作用により、X線周波数の残光が生成され、通常はガンマ線バーストを中心に散乱したX線の同心円状のリングとして見られます。GRB 221009Aは、これらのリングを生成したことが知られている7番目のガンマ線バーストにすぎません。 ^[10] 2023年3月の時点で、バーストの周囲には過去最高の20のX線残光リングが確認されており、これは以前の記録の3倍です。^{[45] [10] GRB 221009Aの残光は、} GRB 030329の記録を破り、これまでで最も明るく記録されました。^[46]このバーストは、これまでで最も明るいX線残光でもあり、^[40] X線残光は典型的なGRBの約1000倍の明るさでした。^{[39]また、}消光補正後、これまでで最も明るいUVOT残光でした。^[46]このバーストは、TeV 領域で記録された最大のエネルギー量を持ち、^[47] GRB として記録された中で最もエネルギーの高い光子を発し、ピークは 18 TeV でした。^{[25] [20]このバーストは、} Swift ミッションで検出されたこれまでの GRB の 10 倍の明るさでした。^[48] KONUS-Windで検出された GRB の中で最も明るく、最も強度が高かったものです。^[1]このバーストの即時放出は、これまでの GRB の記録をはるかに上回り、これまでの 4 つの GRB の記録をはるかに上回りました。これは、1 秒あたり 50 万ガンマ線光子を超える GRB が記録されたことがなかったのに、この GRB は 1 秒あたり 600 万光子を超えるピークに達したためです。^[49]このバーストは非常に明るかったため、宇宙にあるほとんどのガンマ線機器が盲目になり、その強度を正確に記録することができませんでした。^{[10] [50]}この現象は、ボイジャー1号や一対の火星探査機など、ガンマ線バーストを検出するように設計されていない衛星によっても検出された。^[8] GRB 221009Aは、即発期後1週間以上にわたって数TeVのガンマ線を生成した可能性があり、この特徴はGRB 221009Aに特有であり、^[51]即発期後10時間にわたって数TeVのガンマ線を生成したGRB 180720Bや、即発期後ほぼ3日間にわたって数TeVのガンマ線を生成したGRB 190829Aなど、他のバーストと比較してはるかに長かった。^[52]

約20億光年離れていたにもかかわらず、このバーストは地球の大気に影響を及ぼすほど強力で、地球上で記録されたガンマ線バーストとしては史上最強の影響を及ぼした。^{[4]このバーストは、}太陽フレアの研究に通常使用される機器を作動させ、ESAの太陽物理学者ローラ・ヘイズは、このバーストが近くの太陽から「大規模な太陽フレアに匹敵する痕跡」を残したと述べた。^[53]つまり、このバーストは100兆倍以上近い太陽フレアと同じ影響を及ぼしたということであり、^[8] VLF振幅の増加に基づくと、このバーストはC3からM1クラスの太陽フレアに相当する。 ^[4]また、このバーストは、太陽放射が支配的でない夜間の電離層と比較して、外部擾乱に非常に敏感な日中の観測で検出可能であったことも重要であり、このことはバーストがいかに大規模であったかを示している。^[4]また、長波無線通信も妨害した。^[54]

GRB 221009Aは、放射等方エネルギーが約1.2×10 ⁵⁵ erg ^[9]または3×10 ⁵⁵ erg ^[55]から最大1.4×10 ⁵⁷ erg ^{[56]と、1.5×10 53} AT 2021lwx、10 ⁶¹ erg MS 0735.6+7421イベント、5×10 ⁶¹ ergへびつかい座超銀河団噴火などのイベントとともに、史上最もエネルギーの大きいイベントの1つです。しかし、AT 2021lwx は3年間にわたって発生し、噴火は数百万年にわたって発生する高エネルギー低出力イベントであったのに対し、GRB 221009Aは比較するとごくわずかな期間に発生しました。^[57]連星系駆動型極超新星モデルでは、バーストの等方性総量がその真のエネルギー総量となる。^[13]物理学者で作家のドン・リンカーンはこれを「人類がこれまでに見た最大の宇宙爆発」と表現した。^[12]

フェルミガンマ線宇宙望遠鏡のデータの再解析により、バーストの検出から5分後、機器の飽和効果が終わるほど暗くなった後に、6.2σの有意性で輝線が検出された。信号は少なくとも40秒間持続し、エネルギー約12MeV、光度約0.43×10 ⁵⁰ erg/sのピークに達した。これは、相対論的ジェットの強いエネルギーにより、低エネルギーの場合が発生する通常の0.511MeVから青方偏移した電子陽電子消滅と解釈されている。相対論的ジェットは超光速ジェットのように見えることもある。^{[58] [59]}

異なる観測所で収集されたデータの比較を通じて、科学者たちは、221009Aイベントは以前の記録保持者よりも50〜70倍明るく、エネルギーも以前の記録保持者よりもはるかに高いという結論を下しました。^{[35] [10] [41] [11]}非常に明るいピークと長い残光は、物理学者が、100 GeVを超えるエネルギーを持つガンマ線光子を生成できる唯一の既知の領域である相対論的速度で物質が相互作用する方法を研究するのに役立つ可能性があります。^{[14] GRB 221009Aにより、科学者は、特定の}量子重力理論で提案されているローレンツ不変性の違反に対して厳しい制限を課すことができました。^{[60] [61]} 221009Aや同様の極端なイベントの研究は、現在のところ、人工的に生成できるものよりも大きなエネルギーを持つ粒子に人類がアクセスできる唯一の方法です。 221009Aの詳細な調査により、標準モデルでは予測も説明もされていない物理的な説明が得られる可能性があります。^[17]これは歴史上最も研究されたガンマ線バーストとなりました。^[62]

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  GRB221009Aはチリのジェミニ・サウスからほぼ同時に観測された。この画像は2022年10月14日金曜日の朝に2つの機器で撮影されたI、J、H、Kの4枚の露出画像を組み合わせたものである。^[63]

• 
  スウィフトが撮影したGRB 221009AのX線画像には、ガンマ線バーストの周囲に円形のリングが写っている。天の川銀河の塵がガンマ線バーストのX線放射を散乱させ、リングを形成した。 ^[64]
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  NASA のニール・ゲーレルス・スウィフト天文台に搭載された X 線望遠鏡によって 12 日間にわたって撮影された画像のタイムラプス。リングは、銀河の塵が光を散乱させて私たちに返すことで現れます。
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  WebbのNIRCamで観測された近赤外線残光とホスト。
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  近赤外線残光とホスト銀河。比較のために、Webb が撮影した 2 番目に明るいガンマ線GRB 230307Aバースト。

• ガンマ線バーストの一覧
• ガンマ線天文学
• AT2021lwx
• GR160625B
• 130427A の検索結果
• GRB 230307A、ガンマ線フルエンスが3×10 ⁻⁴ erg cm ^{−2の2番目に明るいガンマ線バースト}
• GRB 080916C 、8.8×10 ⁵⁴ ergで2番目に強力なガンマ線バースト

• 「コレクション: 超高輝度ガンマ線バースト GRB 221009A に焦点を当てる」iopscience.iop.org。