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キロノバ（マクロノバとも呼ばれる）は、コンパクトな連星系で2つの中性子星または中性子星とブラックホールが合体するときに発生する一時的な天文現象です。[ 1 ]これらの合体は、ガンマ線バーストを発生させ、「キロノバ」と呼ばれる明るい電磁放射を放出すると考えられています。これは、合体プロセス中に生成され、かなり等方的に放出される重いr過程核の放射性崩壊によるものです。 [2] [3]初期に 測定されたキロノバAT2017gfoの高い球形度は、そのスペクトルの黒体特性から推測されました。[4] [5]
歴史
中性子星の合体による熱的過渡現象の存在は、1998年にLiとPaczyńskiによって初めて紹介されました。 [1]合体噴出物から生じる放射性の輝きは、巨大な星の自己爆発である典型的な超新星の明るさの1 ⁄ 10から1 ⁄ 100であるため、当初はミニ超新星と呼ばれていました。[6]キロノバという用語は、後に2010年にMetzgerらによって導入され[7]、ピーク輝度を特徴付けるために使用され、彼らはそれが古典的な新星の1000倍に達することを示しました。
最初に発見されたキロノバ候補は、2013年6月3日にスウィフトガンマ線バースト探査機とKONUS/WIND宇宙船に搭載された機器によって短時間ガンマ線バーストGRB 130603Bとして検出され、その9日後と30日後にハッブル宇宙望遠鏡によって撮影されました。 [8]
2017年10月16日、LIGOとVirgoの共同研究チームは、電磁波観測と一致する重力波（GW170817 [9] ）を初めて検出し、その発生源が中性子星連星の合体であることを証明した。[10]この合体の後には、短時間のGRB（ GRB 170817A）と、数週間にわたって可視光線および近赤外線の電磁スペクトルで観測されたより長い持続時間の過渡現象（ AT 2017gfo ）が続き、わずか1億4000万光年離れた近くの銀河NGC 4993に位置していた。[11] AT 2017gfoの観測により、これがキロノバの最初の決定的な観測であることが確認された。[12] AT2017gfoのスペクトルモデリングにより、 r過程元素のストロンチウムとイットリウムが特定され、重元素の形成と中性子星の合体が決定的に結びついている。[13] [14]さらなるモデリングにより、放出された重元素の火の玉は初期には非常に球形であったことが示された。[4] [15]一部の研究者は、「この研究のおかげで、天文学者はキロノバを宇宙の膨張を測定するための標準光源として使用できるようになった。キロノバの爆発は球形であるため、天文学者は超新星爆発の見かけの大きさとガスの動きから見た実際の大きさを比較し、異なる距離での宇宙の膨張率を測定できる」と示唆している。[16]
理論
2つのコンパクトな天体の衝突と合体は、重力波（GW）の強力な発生源である。 [7]中性子星合体による熱過渡現象の基本モデルは、1998年にLi-Xin LiとBohdan Paczyńskiによって導入された。 [1]彼らの研究では、中性子星合体による放射性放出物が、後にキロノバと呼ばれる熱過渡現象の放射源であると示唆された。[17]
観察
キロノバの存在が初めて観測的に示唆されたのは、2008年のガンマ線バーストGRB 080503の後のことでした。 [19]このバーストでは、かすかな天体が1日後に可視光に現れ、急速に暗くなりました。しかし、銀河の欠如やX線の検出などの他の要因は、キロノバの仮説と一致しませんでした。2013年には、短時間ガンマ線バーストGRB 130603Bに関連して、別のキロノバの存在が示唆されました。このバーストでは、ハッブル宇宙望遠鏡を使用して、遠方のキロノバからのかすかな赤外線放射が検出されました。[8]
2017年10月、天文学者たちはAT 2017gfoの観測により、2つの中性子星の合体後に発生したキロノバの最初の確実な事例であることが示されたと報告した。[12]
2018年10月、天文学者らは、2015年に検出されたガンマ線バースト現象であるGRB 150101Bが、歴史的なGW170817に類似している可能性があると報告した。ガンマ線、可視光線、X線放射、および関連するホスト銀河の性質に関する2つの現象の類似性は「驚くべき」ものと考えられており、この驚くべき類似性は、2つの別個の独立した現象がどちらも中性子星の合体の結果である可能性があり、どちらもこれまで知られていなかった種類のキロノバ突発現象である可能性があることを示唆している。研究者らによると、キロノバ現象は、したがって、これまで考えられていたよりも宇宙で多様で一般的なものである可能性があるという。[20] [21] [22] [23]振り返ってみると、2016年8月に検出されたガンマ線バーストGRB 160821Bも、そのデータがAT2017gfoと類似していることから、キロノバによるものであったと考えられています。[24]
2021年12月にスウィフトのバーストアラート望遠鏡（BAT）とフェルミガンマ線バーストモニター（GBM）によって発見された長時間ガンマ線バーストGRB 211211Aもキロノバによって引き起こされたと考えられています。 [25] [26]これらの発見は、長時間ガンマ線バーストは大質量星の寿命の終わりの爆発である超新星からのみ発生するという従来の理論に異議を唱えています。 [27] GRB 211211Aの持続時間は51秒でした。[28] [29] GRB 191019A（2019年）[30]とGRB 230307A（2023年）[31] [32]も、それぞれ約64秒と35秒の持続時間を持ち、中性子星の合体による長時間ガンマ線バーストのこのクラスに属すると主張されています。[33]
2023年にはGRB 230307Aが観測され、テルルやランタノイドと関連していることがわかった。[34]
参照
参考文献
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