研究者らは、いて座A*として知られる超大質量ブラックホールに非常に近い、天の川銀河の中央領域に有望なミリ秒パルサー候補を特定した。グリーンバンク望遠鏡で行われた観測中に検出されたこの信号の回転周期は 8.19 ミリ秒で、これは 1 秒あたり数百回転に相当します。この発見は、まだ確認段階にあるが、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論を極度の重力環境でテストするためのユニークなツールを提供する可能性がある。
この発見は、銀河中心部でこれまでに実施された中で最も深い調査の1つであるブレークスルー・リッスン銀河中心調査の一部である。この天体が本物のパルサーであることが確認されれば、太陽の約430万倍に相当する質量を持つ射手座A*の周囲で、激しい重力が時空をどのように歪ませるかを高精度に計測することが可能となる。天文学者らは、パルサーが自然の宇宙時計として機能し、安定性において多くの地上の機器を上回っていることを強調しています。
検出は2021年から2023年にかけて行われ、銀河の中心を覆い隠しているガスや塵に侵入するために高周波で20時間以上のデータが収集された。分析された数千の信号のうち、ミリ秒パルサーと一致する特性を示したのは、BLPSR と呼ばれる 1 つだけでした。
検出信号の特徴
BLPSR 候補は 8.19 ミリ秒ごとに 1 回転し、高度に磁化されたコンパクトな中性子星のサブタイプであるミリ秒パルサーに分類されます。これらの天体は、連星系における物質移動を通じて回転速度を獲得する超新星残骸から生じます。放出されるパルスは規則性があるため、天文学的な精度の研究に最適です。
信号に適用された統計テストでは、それが単なるランダム ノイズである可能性は非常に低く、100 万分の 1 のオーダーであることが示されました。しかし、その後の観察では信号を同じ鮮明度で再検討することができず、即時確認ができませんでした。この断続性は、軌道変動やプラズマ雲による一時的な妨害などの要因によって説明される可能性があります。
- 回転周期：8.19ミリ秒
- おおよその位置：射手座A*付近
- タイプ: ミリ秒パルサーの候補
- 本物である可能性: 高いですが、より多くのデータが必要です
天文調査の背景
ブレークスルー・リッスン銀河センター調査は、電波を介して地球外知性体の兆候を探索することに特化した大規模なプログラムの一部です。この主な目的にもかかわらず、この観測は天体物理学の他の分野にとって貴重なデータを生成します。世界最大級の移動式電波望遠鏡であるグリーンバンク望遠鏡を使用することで、干渉の中でも微弱な信号を捕捉することが可能になりました。
初期データ分析中に、5,000 を超える初期候補が特定されました。衛星や地上の電子機器からの放出物を含め、そのほとんどが人間由来である可能性は否定されています。 BLPSR だけが研究者によって適用された厳格なフィルターに耐えました。
天の川銀河の中心は、高密度の物質と自由電子による信号の散乱により、パルサー検出にとって厳しい環境となっています。それでも、この調査はこの地域で記録的な感度を達成し、これまでの調査を上回りました。
重力物理学にとっての重要性
いて座A*の近くにパルサーが確認されれば、パルスの重力偏差や到着時間の遅れなど、一般相対性理論で予測される影響を測定できるようになるだろう。これらの測定は、古典的な予測が失敗する強力な重力領域での理論をテストすることになります。パルス間隔のわずかな変化により、ブラックホールによって引き起こされる時空の湾曲の詳細が明らかになるでしょう。
天体物理学者は、大質量天体の近くの軌道にあるパルサーは、アインシュタインの方程式で予測可能な影響を受けると説明しています。重大な逸脱は理論の限界を示しているか、量子力学との統一への道を示している可能性があります。現在までに行われたすべての実験は、銀河中心を周回する星の観測を含め、相対論的予測を裏付けています。
銀河中心にあるパルサーの謎
天文学者らは、個体群モデルに基づいて、天の川銀河の中央領域で数千のパルサーが見つかると予想している。しかし、これまでに確認されているのはごくわずかで、よく知られている「パルサー消失問題」を構成しています。信号の極端な分散と高い恒星密度が、検出のこの困難の一因となっています。
ミリ秒パルサーの存在は、高密度環境における中性子星の形成と進化に関する証拠を追加するでしょう。中央領域の連星系は物質の降着によってこれらの天体を加速する可能性があり、その高い回転速度を説明しています。 BLPSR の確認は、この人口の謎の一部を解決するのに役立ちます。
これまでの研究では銀河中心でマグネターパルサーが検出されていたが、ミリ秒単位でブラックホールにこれほど接近したものはなかった。この希少性により、現在の候補者は複数の分野の調査にとって特に価値があります。
観察方法
観測では、星間物質によって引き起こされる散乱効果を最小限に抑えるために高周波が使用されました。グリーンバンク望遠鏡は、高速パルスを捕捉するために高時間分解能モードで動作しました。生データは、高度な周期性検索アルゴリズムを使用して処理されました。
さらなる分析には、パルスを整列させ、信号対雑音比を高めるための位相曲げが含まれていました。検索加速技術により、候補の軌道移動の可能性が補正されました。すべての手順は、世界的なパルサー調査で確立された基準に従って行われました。
断続性について考えられる説明
BLPSRシグナルは、最初の検出から数か月後に実施された追跡観察では再び現れませんでした。 1 つの仮説には、連星系の伴星による食が含まれており、放出が一時的に遮断されます。別の可能性としては、若いパルサーや特定の方法で整列したパルサーによく見られる放射ビームの歳差運動が考えられます。
一部のパルサーは、活動と静止の期間が交互に繰り返される断続的な発光モードを示します。中央領域のプラズマ雲は、特定の時間に信号を吸収または散乱することもあります。異なる波長での今後の観察は、これらの変動を明らかにするのに役立つでしょう。
将来の相対性理論のテストへの影響
このパルサーが近軌道で確認されれば、一般相対性理論で予測される慣性抵抗を測定できるようになる。重力赤方偏移などの影響は、前例のない精度で観測できるようになるでしょう。理論モデルとの比較により、射手座 A* の質量とスピンの推定値がさらに正確になるでしょう。
国際プロジェクトでは、電波望遠鏡アレイによる中央地域の継続的な監視を計画しています。光学、X線、無線データを組み合わせると、再検出の可能性が高まります。肯定的な結果が得られれば、科学者が利用できる重力試験の武器が拡大するでしょう。
検索における技術の進歩
ブロードバンド受信機の開発により、現代の電波望遠鏡の感度は劇的に向上しました。 GPU によって高速化された計算処理により、大量のデータをリアルタイムに分析できます。これらのイノベーションにより、これまでアクセスできなかった地域での詳細な調査が可能になりました。
コロンビア大学とグリーンバンク天文台などの機関間のコラボレーションは、この分野における共同の取り組みの例となっています。 Breakthrough Listen のようなプログラムは、複数の天文分野に利益をもたらす観測に資金を提供しています。平方キロメートルアレイなどの将来の望遠鏡は、この研究分野に革命をもたらすと期待されています。
関係チームの視点
コロンビア大学のカレン・I・ペレス率いる研究者らは、候補者の承認について慎重ながらも楽観的な見方を示している。今後数か月間、補完的な機器を使用して追加の観測が予定されています。研究チームは、銀河中心の調査には忍耐の必要性を強調している。
この研究の共著者であるSlvavko Bogdanov氏は、この発見が極端な星のダイナミクスを解明する可能性があることを強調している。他の Breakthrough Listen メンバーは、この結果を、地球外生命体の探索によって予期せぬ発見がどのように得られるかを示す一例として捉えています。天文学コミュニティは、このプロジェクトの次のステップを注意深く見守っています。
