理化学研究所(理研)と東京理科大学(理科大)は11月25日、宇宙で最も強い磁場を持つとされる中性子星「マグネター」からのX線偏光を観測することに成功したと発表した。

同成果は、理研 仁科加速器科学研究センター 高エネルギー宇宙物理研究室の内山慶祐研修生(理科大大学院 理学研究科 大学院生)、理研 開拓研究本部 玉川高エネルギー宇宙物理研究室の玉川徹主任研究員(仁科加速器科学研究センター 高エネルギー宇宙物理研究室 室長兼任)ら100名近い研究者が参加する国際共同研究チームによるもの。詳細は、米科学雑誌「Science」に掲載された。

中性子星は太陽の数十億倍もの強力な磁場を持つが、その中には通常のものよりもさらに1000倍ほど強力な、100億T(地磁気は赤道で約0.00003T、地磁気極付近で0.00006T)という超強磁場を持つ「マグネター」と呼ばれるものがある。

マグネターは、1秒間に太陽が1年間で放出するエネルギーの何百万倍という強力なフレア(爆発現象)を発生させ、また極めて強大なその磁気エネルギーを解放することで輝いているとされている。しかし、中性子星表面の磁場を直接観測することは非常に難しいため、マグネターが本当に100億Tもの超強磁場を持っているのかは不明とされている。

  • マグネターの想像図

    マグネターの想像図。強大な磁気エネルギーの解放により、全体が輝いていると推測されている (C)ESO/L. Calçada (出所:理科大Webサイト)

そこでNASAとイタリア宇宙機関(ASI)は共同で、世界初の高感度X線偏光観測衛星「IXPE」を開発し、2021年12月9日から運用を開始した。同衛星は、2～8keVのエネルギーを持つX線の、エネルギーと偏光を同時に観測することが可能で、マグネターの超強磁場の検証も観測目的の1つとなっている。また同衛星には、理研を含む日本の研究機関も主要観測装置の一部を提供しており、X線偏光観測とデータ解析にも参加している。

研究チームは今回、IXPEに搭載したX線偏光計でマグネター「4U 0142+61」を観測し、X線偏光の偏り方向(偏光角)と偏り度合い(偏光度)を測定することにしたという。4U 0142+61は、カシオペア座の方向に、地球から約1万3000光年先にある天体で、地磁気の26兆倍の130億Tもの強い磁場を持つとされる。

観測結果から、X線の偏光度は低エネルギー側では約15％であり、5keV付近でいったん0％程度まで低下した後、高エネルギー側では約30％まで上昇することが明らかにされた。さらにX線の偏光角は、低エネルギー側と高エネルギー側でちょうど90度方向が異なり、偏光度が0％になる5keV付近で、偏光角が90度回転していることも判明したという。