マグネター

マグネターは、非常に強力な磁場（約10 ⁹～ 10 ¹¹ T、約10 ¹³～ 10 ¹⁵ G）を持つ中性子星の一種です。 ^[1]磁場の崩壊により、高エネルギーの電磁放射、特にX線やガンマ線が放出されます。^[2]

マグネターの存在は、1992年にロバート・ダンカンとクリストファー・トンプソンによって提唱されました。^{[3]彼らの提唱は、現在}ソフトガンマリピーター（SGR）として知られている一時的なガンマ線源の特性を説明するものでした。 ^{[4] [5]その後の10年間で、マグネター仮説は広く受け入れられ、}異常X線パルサー（AXP）を説明するために拡張されました。2021年7月現在^{[アップデート]}、24個のマグネターが確認されています。^[6]

2020年にオーストラリア平方キロメートルアレイ・パスファインダー（ASKAP）電波望遠鏡を使用した科学者による研究結果から、マグネターが高速電波バースト（FRB）の発生源であることが示唆されている。 ^[7]

他の中性子星と同様に、マグネターは直径約20キロメートル（12マイル）で、質量は約1.4太陽質量です。マグネターは、太陽の10～25倍の質量を持つ恒星の崩壊によって形成されます。マグネターの内部の密度は、大さじ1杯の物質の質量が1億トンを超えるほどです。^[2]マグネターは、他の中性子星と比較して、さらに強い磁場を持ち、自転が遅いことで区別されます。観測されるほとんどのマグネターは2～10秒ごとに自転しますが、^[8]電波パルサーとして観測される典型的な中性子星は、1秒間に1～10回自転します。^[9]マグネターの磁場は、非常に強力で特徴的なX線とガンマ線のバーストを引き起こします。マグネターの活動寿命は、他の天体に比べて短いです。マグネターの強い磁場は約1万年で減衰し、その後活動と強いX線放射は停止します。現在観測可能なマグネターの数を考慮すると、ある推定では天の川銀河にある非活動マグネターの数は3000万個以上です。^[8]

マグネター表面で引き起こされる星震はマグネターを取り囲む磁場を乱し、非常に強力なガンマ線フレア放射を引き起こすことが多く、1979年、1998年、2004年に地球上で記録されています。^[10]

^{マグネターは、約10 9}から10 ¹¹ Tの非常に強力な磁場を特徴としています。^[6]これらの磁場は、人工の磁石の1億倍の強さであり、^[11]地球を取り巻く磁場の約1兆倍の強さです。^{[12]地球の}地磁気は30〜60マイクロテスラで、ネオジムベースの希土類磁石の磁場は約1.25テスラで、磁気エネルギー密度は4.0 × 10 ⁵ J/m ³です。対照的に、マグネターの10 ^{10テスラの磁場のエネルギー密度は}マグネターの磁場は、^その強さが1,000 kmの距離からでも致命的であり、その強力な磁場は対象を構成する原子の電子雲を歪ませ、生命維持のための化学反応を不可能にする。[ ^{13 ]}地球と 月^の間の平均距離が384,400 km（238,900マイル）である地球から月までの中間距離にあるマグネターは、地球上のすべてのクレジットカードの磁気ストライプから情報を消去することができる。^[14] 2020年現在、マグネターは宇宙全体で検出された最も強力な磁性体である。^{[10] [15][アップデート]}

2003 年 2 月のScientific American の表紙記事で説明されているように、マグネターの強さの磁場内では驚くべきことが起きます。「X 線 光子は容易に 2 つに分裂するか、または融合します。真空自体が分極し、方解石結晶のように強い複屈折性になります。原子は電子の量子相対論的ド・ブロイ波長よりも細い長い円筒形に変形します。」 ^{[4]約 10 5}テスラの磁場では、原子軌道は棒状に変形します。10 ¹⁰テスラでは、水素原子は通常の直径の 200 倍細くなります。^[4]

マグネターの強力な磁場の支配的なモデルは、中性子星が平衡構成に落ち着く前に存在する乱流の非常に高密度の導電性流体の磁気流体力学的ダイナモプロセスによって生じるというものです。 ^[16]これらの磁場は、中性子星内の中間深度（質量で中性子が優勢な場所）に存在する陽子超伝導相の物質の永久電流によって持続します。同様の磁気流体力学的ダイナモプロセスにより、中性子星のペアが合体する際にさらに強力な過渡磁場が生成されます。^[17]別のモデルでは、異常に強い磁場を持つ星の崩壊によって生じるというものです。^[18]

超新星爆発では、恒星が中性子星に崩壊し、磁束保存則により磁場の強さが劇的に増大する。直線寸法を半分にすると、磁場の強さは 4 倍に増大する。ダンカンとトンプソンは、新しく形成された中性子星のスピン、温度、磁場が適切な範囲に入ると、ダイナモ機構が作用し、熱と回転エネルギーが磁気エネルギーに変換され、通常 10 ⁸ テスラという非常に大きい磁場が、10 ¹¹テスラ (または 10 ¹⁵ ガウス)以上に増大すると計算した。その結果がマグネターである。^[19] 10 回の超新星爆発のうち約 1 回は、より標準的な中性子星やパルサーではなく、マグネターになると推定されている。^[20]

1979年3月5日、金星の大気圏への着陸機の投下が成功してから数か月後、当時太陽中心軌道上にあったソ連の無人宇宙探査機ベネラ11号と12号は、東部標準時午前10時51分頃にガンマ線の爆発に見舞われた。この接触により、両探査機の放射線の測定値は、通常の1秒あたり100カウントから、わずか1ミリ秒のうちに1秒あたり20万カウント以上に上昇した。^[4]

11秒後、太陽を周回していたNASAの探査機ヘリオス2号は放射線の爆発で飽和状態になった。放射線はすぐに金星に衝突し、パイオニア金星探査機の検出器は放射線の波に圧倒された。その後まもなく、地球を周回する米国防総省のベラ衛星3機、ソ連のプログノス7号衛星、アインシュタイン天文台の検出器がガンマ線で溢れた。放射線は太陽系を抜ける前にハロー軌道上の国際太陽地球探査機によって検出された。^[4]

これは、これまで検出された太陽系外ガンマ線の最も強い波であり、これまで知られているどのバーストの100倍以上の強さでした。光の速度と、広範囲に分散した複数の宇宙船による検出を考慮すると、ガンマ線の発生源は、約2秒角の精度で三角測量できます。^[21]発生源の方向は、紀元前3000年頃に超新星爆発を起こした星の残骸と一致しました。^{[10]それは}大マゼラン雲にあり、発生源はSGR 0525-66と命名されました。イベント自体はGRB 790305bと命名され、初めて観測されたSGRメガフレアとなりました。

2008年2月21日、NASAとマギル大学の研究者らが、マグネターのような磁気エネルギーで駆動するバーストを放射する電波パルサーの特性を持つ中性子星を発見したことが発表された。これは、マグネターが単に珍しいタイプのパルサーではなく、一部のパルサーの一生の中の（おそらく可逆的な）段階である可能性があることを示唆している。^[23] 2008年9月24日、ESOは、ESOの超大型望遠鏡を使用して、これまでに発見された中で最も光学的に活性なマグネター候補であることを確認したと発表した。この新しく発見された天体は、SWIFT J195509+261406と命名された。^[24] 2014年9月1日、ESAは超新星残骸ケスティーブン79の近くにあるマグネターに関するニュースを発表した。ヨーロッパと中国の天文学者は、2008年と2009年に撮影された画像を見て、2013年に3XMM J185246.6+003317と名付けられたこのマグネターを発見しました。 ^{[25] 2013年には、いて}座A*システムのブラックホールを周回するマグネターPSR J1745−2900が発見されました。この天体は、銀河中心に向かう電離星間物質を研究するための貴重なツールを提供します。2018年には、 2つの中性子星の合体の一時的な結果が超大質量マグネターであることが判明し、すぐにブラックホールに崩壊しました。^[26]

2020年4月、天の川銀河にあるマグネターであるSGR 1935+2154の観測に基づいて、高速電波バースト（FRB）とマグネターとの関連の可能性が示唆されました。^{[27] [28] [29] [30] [31]}

2021年7月現在^{[アップデート]}、24個のマグネターが知られており、さらに6個の候補が確認を待っている。^[6]完全なリストは、マギル大学SGR/AXPオンラインカタログに掲載されている。^[6]既知のマグネターの例には以下のものがある。

• SGR 0525−66、大マゼラン雲にあり、地球から約163,000光年離れたところにあり、最初に発見された（1979年）
• SGR 1806−20 は、地球から5万光年離れた天の川の裏側、いて座に位置し、知られている中で最も磁化された天体です。
• SGR 1900+14 は、わし座の2万光年離れたところにあります。長い低放射期間（1979年と1993年のみ顕著なバースト）の後、1998年5月から8月に活発になり、1998年8月27日に検出されたバーストは、損傷を防ぐためにNEAR Shoemakerを停止させ、BeppoSAX、WIND、RXTEの機器を飽和させるほどのパワーがありました。2008年5月29日、NASAのスピッツァー宇宙望遠鏡がこのマグネターの周囲に物質のリングを発見しました。このリングは1998年のバーストで形成されたと考えられています。^[32]
• SGR 0501+4516は2008年8月22日に発見されました。^[33]
• 1E 1048.1−5937 、カリーナ座の9,000光年離れた位置にあります。マグネターが形成された元の恒星の質量は太陽の30～40倍でした。
• 2008年9月現在、ESOは当初ガンマ線バースト（GRB 070610）によって特定^{[アップデート]}されたマグネター、SWIFT J195509+261406の特定を報告している。 ^[24]
• CXO J164710.2-455216は、太陽の40倍以上の質量を持つ恒星から形成された巨大な銀河団Westerlund 1に位置しています。 ^{[34] [35] [36]}
• SWIFT J1822.3 スター1606は、2011年7月14日にマドリードとカタルーニャにあるCSICのイタリアとスペインの研究者によって発見されました。このマグネターは予想に反して外部磁場が低く、50万年ほど若い可能性があります。^[37]
• 3XMM J185246.6+003317は、ESAのXMM-ニュートンX線望遠鏡のデータを用いて国際天文学者チームによって発見されました。^[38]
• SGR 1935+2154は、2020年4月28日に2つの明るい電波バーストを放射しました。これらは高速電波バーストの銀河系内例である可能性があるという推測がありました。
• 2020年3月にX線バーストが検出されたスウィフトJ1818.0-1607は、電波パルサーでもある5つの既知のマグネターのうちの1つです。発見された時点で、その年齢はわずか240歳だった可能性があります。^{[39] [40]}

異常に明るい超新星は、対不安定性超新星（または脈動対不安定性超新星）として非常に大きな恒星の死から生じると考えられています。しかし、天文学者による最近の研究^{[41] [42]}では、新しく形成されたマグネターから周囲の超新星残骸に放出されたエネルギーが、SN 2005apやSN 2008esなどの最も明るい超新星の原因である可能性があると仮定しています。^{[43] [44] [45]}

• ワード、ピーター・ダグラス、ブラウンリー、ドナルド（2000）。レアアース：宇宙で複雑な生命が珍しい理由。シュプリンガー。ISBN 0-387-98701-0。
• クヴェリオトゥ、クリッサ（2001）。中性子星とブラックホールの関係。シュプリンガー。ISBN 1-4020-0205-X。
• Mereghetti, S. (2008). 「最強の宇宙磁石: ソフトガンマ線リピーターと異常X線パルサー」.天文学と天体物理学レビュー. 15 (4): 225–287. arXiv : 0804.0250 . Bibcode :2008A&ARv..15..225M. doi :10.1007/s00159-008-0011-z. S2CID  14595222.

• シルバー、マイケル (2005 年 2 月 2 日)。「マグネターの起源」。CNN。
• ネイエ、ロバート (2005 年 2 月 18 日)。「最も明るい爆発」。スカイ アンド テレスコープ。

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