Research press release

天体物理学:活動的な高速電波バーストの発生源を評価する

Nature

Astrophysics: Assessing the origins of an active fast radio burst

高速電波バーストFRB 20201124Aが約2000回観測されたことを報告するKejia Leeたちの論文がNature に掲載され、FRB 20201124Aについて観測された特性を説明するモデルを示したFayin Wangたちの論文がNature Communications に掲載される。これらの知見は、FRB 20201124Aの発生源が、複雑な磁化環境であることを示唆しており、高速電波バーストが発生する環境を解明するために役立つかもしれない。

高速電波バーストは、2007年に初めて発見された無線周波数の電磁波のパルスで、これまでに数百点も発見されているが、高速電波バーストの物理的性質と中心エンジンは、まだ判明していない。天の川銀河内で発生した銀河高速電波バーストの最近の観測例は、少なくともいくつかの高速電波バーストがマグネター(強力な磁場を持つ中性子星の一種)で発生したことを示唆しているが、非常に遠く離れた宇宙高速電波バーストの起源は、いまだに解明されていない。

Leeたちによると、中国で、口径500メートル球面電波望遠鏡(FAST)を用いたFRB 20201124Aのモニタリング観測が行われ、54日間の観測期間中に、82時間で1863回のバーストが観測された。このように発生率が高いため、FRB 20201124Aは、最も活動的な既知の高速電波バーストの1つとなった。観測期間の最初の36日間には、個々のバーストのファラデー回転測度(磁場強度の尺度)が不規則な短時間変動を示し、その後、ファラデー回転測度は一定になった。この知見は、他の特徴と共に、バースト源から約1天文単位(太陽から地球までの距離に相当する)以内に複雑な磁化環境が存在することを示す証拠になっている。天の川銀河に近い大きさで、金属量の豊富な母銀河が観測されたことで、銀河の中心から中距離にある渦状腕の間の星密度の低い領 域に高速電波バースト源が位置する棒状渦巻銀河の存在が明らかになった。Leeたちは、この磁化環境が、大質量星の極端な爆発の間に形成された若いマグネターの環境と想定されているものとは異なるという見解を示している。

Wangたちは、FRB 20201124Aについて観測された特性を説明する物理モデルを提示している。Wangたちは、反復する高速電波バーストの発生源が、マグネターと円盤を持つBe型星(太陽よりも温度が高く、大きく、速く自転する星)を含む連星系だとする考えを示し、今後の研究では、高速電波バースト信号を求めてBe型X線連星を探索すべきだと提案している。

Observations of nearly 2,000 bursts from a fast radio burst called FRB 20201124A and the presentation of a model to explain the observed characteristics are reported in Nature and Nature Communications papers. The findings suggest that this fast radio burst may originate from a complex magnetized site, and might help us to understand the environments that produce these signals.

Fast radio bursts are pulses of radio-frequency electromagnetic radiation, first discovered in 2007. Although several hundred have been found, the physical nature and central engine of fast radio bursts remain unclear. Recent observations of a Galactic fast radio burst, originating inside the Milky Way, suggest that at least some originate from magnetars, a type of neutron star with a powerful magnetic field, but the origin of cosmological fast radio bursts, which are very distant, remains unknown.

In the Nature paper, Kejia Lee and colleagues used the Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) in China to monitor FRB 20201124A and reported the detection of 1,863 bursts in 82 hours over 54 days. This high rate of bursts makes FRB 20201124A among the most active known fast radio bursts. They observed irregular, short-time variation of the Faraday rotation measure (which measures magnetic field strength) of individual bursts during the first 36 days, followed by a constant rotation measure. This finding, together with other features, provides evidence of a complex magnetized environment within about an astronomical unit (the distance between Earth and the Sun) from the source. The observations of its Milky Way-sized, metal-rich host galaxy reveal a barred spiral galaxy, with the fast radio burst source residing in a region of low stellar density between the spiral arms at an intermediate distance from the centre of the galaxy. The authors suggest that this environment is not that expected for a young magnetar formed during an extreme explosion of a massive star.

In the Nature Communications paper, Fayin Wang and colleagues present a physical model to explain the observed characteristics of FRB 20201124A. They propose that the repeating signal comes from a binary system containing a magnetar and a Be star (a star hotter, larger and rotating faster than the Sun) with a disk. The authors suggest that future research should probe Be–X-ray binaries in search of fast radio burst signals.

doi: 10.1038/s41586-022-05071-8

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