重力波は高速電波バーストに関する洞察を与える可能性がある

高速無線バースト (FRB) は、数ミリ秒から約 3 秒まで持続する謎のエネルギー パルスです。それらのほとんどは銀河の外から来ていますが、天の川内部の源から来ているものも検出されています。中には同じことを繰り返す人もおり、謎は深まるばかりです。

天体物理学者は、高エネルギーの天体物理学的プロセスが FRB の発生源である可能性が高いと考えていますが、FRB がどのように生成されるかについては確信がありません。研究者らは、重力波 (GW) を使用して、FRB の近くにある既知の発生源を観察し、FRB をより深く理解しようと試みました。

天の川銀河で確認されている唯一の FRB 源は、SGR 1935+2154 と名付けられた強力な磁場を持つ中性子星、つまりマグネターです。その FRB は 2020 年に検出され、発生源に接続された最初の FRB でした。 SGR 1935+2154 は約 20,000 光年離れていますが、研究するにはまだ十分近い距離にあります。

で発表された新しい研究では、 天体物理ジャーナル、科学者たちはイギリスとドイツのGEO600重力波検出器を使用して、FRBと重力波の間のあらゆる関係を調査しました。この研究のタイトルは「GEO600を使用した、SGR 1935+2154からの高速電波バーストと一致する重力波の探索」で、筆頭著者はマックス・プランク重力物理学研究所のAG Abac氏である。

FRB は非常にエネルギーが高く、マグネターも同様です。 FRB をマグネター SGR 1935-2154 に接続することは、FRB を理解する上で大きな一歩ですが、まだ答えられていない疑問がたくさんあります。一部のマグネターは FRB を繰り返し放出し、X 線でも発光します。マグネターは、地殻の張力が解放されると強力な星震を経験することがあり、解放されたエネルギーがマグネターの磁場を揺さぶり、FRB と X 線を放出します。研究者らは、同じ地震が重力波を発生させるのではないかと考えてきた。

GW のマグネターを観察することで、マグネターと FRB を生成するプロセスへの扉が開くでしょうか?

「マグネターからの高速電波バーストと重力波をほぼ同時に観測できれば、私たちが長い間探し求めていた証拠となるだろう」とマックス・プランク研究所のドイツ・イギリス合作の重力波検出器GEO600の主任科学者ジェームス・ラフ氏は語った。ハノーバーの重力物理学 (アルバート・アインシュタイン研究所; AEI) の研究者。

FRBとGWを同時に観測することで、中性子星によって発生する恒星地震の共通の起源が確認される可能性がある。 「だからこそ、私たちは国際チームと協力して、宇宙の玄関口にあるマグネターが高速電波バーストを発している間にGEO600で撮影したデータを分析したのです」とラフ氏は付け加えた。

マグネターが GW を生成している場合、それらが私たちの検出器に到達するときに強力になるため、その影響は観測しやすくなるはずです。 2020 年 4 月から 2022 年 10 月までの間、SGR 1935+2154 は FRB の 3 つのエピソードを生成し、GEO600 がリッスンしていました。 GW 検出器は、GW 検出器のグローバル ネットワークの一部です。

「他のすべての検出器がアップグレード段階にある間、GEO600 が観測を継続できることが不可欠でした」とラフ氏は説明しました。 「そうでなければ、私たちのすぐ近くで起こっているこれらの魅力的な出来事の間に重力波データを取得する機会を逃していたことでしょう。」

残念ながら、GEO600 のデータを注意深く分析したところ、GW の証拠は示されませんでした。しかし、探知機の観測は依然として貴重なものでした。マグネターは私たちに非常に近いため、たとえ検出されなかったとしても、いくつかの新しい情報が得られました。

科学者がGW検出器を使用して、FRBと同時に放出されるGWや、マグネターバーストやパルサーグリッチから発生するGWを探すのはこれが初めてではない。さまざまな研究者が、より強力な LIGO、Virgo、KAGRA (LVK) コラボレーションを使用してそれらを発見しましたが、成功しませんでした。

「これらの研究では何も検出されなかったが、調査により、これらの現象に関連して放出された可能性のあるGWエネルギーの上限が確立された」と著者らは研究の中で書いている。

LVK 検出器は GEO600 よりも大きく、強力です。彼らのデータは、2020年から2022年のマグネターのFRB中に検出されずに放出された可能性のある最大の重力波エネルギーは、天文学者が以前の研究から結論付けていたものより最大1万分の1だったに違いないことを示している。

FRB 内で GW がどのように生成されるかはさまざまなモデルで説明されていますが、GW の観察はまだそれらを区別できるほど感度が高くありません。しかし、GW の強度の限界を設定することで、GW の観測は科学者がモデルを改良するのに役立つ情報を提供し続けています。

GW と FRB をリンクする試みは、実際にはまだ始まったばかりです。 LIGO/Virgo は前回の FRB 中にマグネターを観測できませんでしたが、次のエピソードでは運用できるようになることが期待されています。今回はその効きと感度がさらにグレードアップ。

長い間、天体物理学者はマグネターが FRB の発生源であると理論化しており、SGR 1935+2154 からの FRB の検出は、少なくとも一部の FRB についてはこれを裏付けています。しかし、その生成の背後にある正確なメカニズムは依然として解明されていません。 「これらのマグネターバーストとFRBの関係はよくわかっていないが、たとえ根底にあるマグネターの挙動が関連しているとしても、異なる物理プロセスによって引き起こされる可能性が高い」と著者らは結論で書いている。

アップグレードされたLIGO/VirgoおよびKAGRA天文台による将来のマグネターのGW観測で、GWがFRBと同時に放出されることが示されれば、それは大きな進歩となるだろう。 「GEO600と比較してこれらの検出器の感度が向上していることを考慮すると、O4の残り（観測ラン4）中にSGR 1935+2154 FRBがあれば、GW-FRB接続を調査する別の機会が得られる可能性がある」と研究著者らは説明している。

「事態はすぐにエキサイティングなものになるかもしれない。我々は、2年間静かで電波バーストを発していなかったマグネターが今後数カ月以内に再び活動することを期待している」とAEIの所長でディレクターのカルステン・ダンツマン氏は言う。ライプニッツ大学ハノーバー重力物理学研究所の博士。

国際検出器ネットワークは、2025年6月まで続く観測計画の途中にある。「より高感度の機器からのデータを利用すれば、マグネターの高速電波バーストが重力波を伴うかどうか、さらに詳しく調べることができるだろう。おそらく非常に古い謎が解けるでしょう」とダンツマン氏は言う。