謎の超高輝度X線パルサーの正体は？ スーパーコンピュータで分かったこと

X線で極めて明るく輝く天体のなかで、
周期的に明るくなったり暗くなったりするものがあります。

その中心にある天体がブラックホールでは無いことは分かっているんですねー

その正体は何か？
今回、スーパーコンピュータ“アテルイ”による計算で分かってきたことは、
中性子星の可能性でした。


明るく輝く謎の天体

宇宙には“超高輝度X線源”と呼ばれる、
極めて明るく光る謎のX線天体が数百個も発見されています。

その正体は、「多量のガスを吸い込んで光るブラックホール」
だという説が有力と見られているんですねー

　　大量のガスを呑み込んでいたのは、小さなブラックホールだった？

でも、2014年にNASAのX線天文衛星“ニュースター”が検出したのは、
“超高輝度X線源”の1つ“M82 X-2”から、規則正しい周期で発せられるX線パルスでした。

ブラックホールはパルスを出さないので、このX線パルサー（明滅天体）の正体は、
ブラックホール以外の何かだと考えられることになります。


中性子星の可能性

一方で、直径10キロほどの高密度天体である中性子星は、
パルサーとして数多く見つかっています。

なので、天体の正体は中性子星であると考えることもできます。

でも、その場合には強いX線放射を発するメカニズムが謎として残ることに…

どのようにして固い表面をもつ中性子星が、
ガスを多量に取り込み明るいパルスを放射するのか？
この現象の解明には、いまも世界中の研究者が取り組んでいます。


コンピュータシミュレーション

今回の研究で行われたのは、
天文学専用のスーパーコンピュータ“アテルイ”を使った、中性子星へのガス降着シミュレーション。

このシミュレーションにより、
国立天文台の研究チームは新しいパルサーのモデルを提唱しています。

これまでのパルサーモデルは、
自転する中性子星の両極方向に光のビームが出るというもの（古典的な宇宙灯台モデル）なんですが、
今回のシミュレーションで検証されたのは、
“降着柱”の側面が明るく光るというモデルでした。

“降着柱”とは中性子星の磁場の極に形成されたガスの柱のことで、
この中をガスが落下すると中性子星の表面付近で衝撃波が発生し、
莫大な光が生み出されることがシミュレーションで確かめられています。

さらに、光が柱の側面から抜けることで継続的にガス降着が可能になること、
側面から抜ける光が“超高輝度X線源”の光度に匹敵するほど明るいことも示されました。

新タイプの宇宙灯台モデルのイメージ図

似たようなアイデアが提唱されたことはあったのですが、
側面が明るく光ることが可能であることが、実際に多次元シミュレーションンで確かめられたのは、
今回が初めてのことでした。

今後の課題は“超高輝度X線源”の中心天体の謎にさらに迫っていくこと。

それには、強い磁場中での放射とガスの相互作用に関する補正や、
一般相対論的な補正を加えた、より極めて詳しく細かい計算を行い、
新しい宇宙灯台モデルの詳細な観測的特徴を明らかにすることが必要になるようです。


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