Research press release




2個の中性子星の合体による重力波が初めて検出され(GW170817)、その際、同時に電磁スペクトル上の広い領域で放射も検出された。この放射の源は、地球から4000万パーセク(1億3000万光年)離れたNGC 4993銀河とされた。GW170817に関連した電波残光放射とX線残光放射は、放射の開始が遅れ、合体から約150日後にピークに達し、その後は比較的急速に減少した。これまでに残光放射を説明するさまざまなモデルが提案されており、例えば、「チョークドジェット」モデル(噴射されたアウトフローが、中性子星の合体の際に噴出した中性子過剰物質から完全に逃れられなかった状態)や、うまく逃れたジェットが広角アウトフローに取り囲まれるモデル(ジェットからのエネルギーが合体によって噴出した膨張性物質に蓄積されて、「繭」を形成している状態)がある。しかし、これまでに集められた観測データからは、どちらのモデルが正しいのかを判定することはできなかった。

今回、Kunal Mooley、Adam Deller、Ore Gottliebたちの研究グループは、角度分解能の高い電波観測法を用いて、GW170817に関連した電波放射源が、合体の75~230日後に見かけ上、超光速で運動しているように見える現象(実際の運動は光速に近いことを意味する)を示したことを明らかにした。著者たちは、初期の電波放射は広角アウトフロー(「繭」)によって駆動されたが、後期の電波放射は高エネルギーの狭いジェットに支配されていた可能性が非常に高い、という考えを示している。この観測結果は、連星系の中性子星の合体による残光放射が、上述のうまく逃れたジェットのモデルで説明できることを裏付けている。

New insights into the radio emission from the merger of two neutron stars, which also produced gravitational waves, are reported online in Nature this week.

GW170817, the first gravitational-wave detection from a merger of two neutron stars, was accompanied by radiation across the electromagnetic spectrum. This radiation was localized to a galaxy called NGC 4993, located 40 million parsecs (130 million light years) away. The radio and X-ray afterglows associated with GW170817 had a delayed onset, with a peak about 150 days after the merger, followed by a relatively rapid decline. So far, various models have been proposed to explain the afterglow emissions, including a choked jet - where a jetted outflow is unable to cleanly escape the neutron-rich material ejected during the merger - and a successful jet surrounded by a wide angle outflow (called a 'cocoon', in which energy from a jet is deposited into the expanding material ejected from the merger). However, it has not been possible to determine which model is correct from the observational data collected so far.

Using high-angular-resolution radio observations, Kunal Mooley, Adam Deller, Ore Gottlieb, and colleagues show that the source of radio emissions associated with GW170817 exhibited superluminal apparent motion (which implies that its actual motion was close to the speed of light) between 75 and 230 days after the merger. The authors suggest that the early radio emission was powered by a wide-angle outflow (the ‘cocoon’), but that the later emission was most probably dominated by an energetic, narrow jet. These observations support the successful jet model to explain the afterglow emission from the binary neutron-star merger.

doi: 10.1038/s41586-018-0486-3

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