国立天文台など、ガンマ線バーストの母銀河より分子ガス由来の電波を検出

国立天文台は6月12日、アルマ望遠鏡(ALMA)を用いて、約43億光年先のガンマ線バースト「GRB 020819B」および約69億光年先のガンマ線バースト「GRB 051022」が属する2つの銀河において、分子ガスから生じた電波を検出することに成功したと発表した。

同成果は、国立天文台チリ観測所の廿日出文洋 特任助教、京都大学大学院理学研究科の太田耕司 教授、オランダ・デルフト工科大学の遠藤光 研究員、国立天文台チリ観測所 助教で合同アルマ観測所 コミッショニング・サイエンティスト/総合研究大学院大学 助教の中西康一郎氏、東京大学大学院理学系研究科附属天文学教育研究センターの田村陽一 助教、国立天文台TMT計画推進室の橋本哲也 研究員、東京大学大学院理学系研究科附属天文学教育研究センター/ビッグバン宇宙国際研究センター 教授の河野孝太郎氏らによるもの。詳細は科学誌「Nature」に掲載された。

宇宙で最も激しい現象と考えられているガンマ線バーストは、通常、0.01秒から数分間ほど継続して生じ、現在は1日におよび1回の割合で観察されており、それらを観察することで、遠方宇宙の性質を探ることができるため、注目を集めるようになっている。

しかし、その正体については謎が多く、さまざまな研究が行われてきており、現在では、ガンマ線放射の継続時間によって「ロング・ガンマ線バースト」と「ショート・ガンマ線バースト」の2種類に分けられるようになっており、ガンマ線放射が2秒以上続くロング・ガンマ線バーストは、太陽のおよそ40倍以上の質量をもつ巨大な星が一生を終える際の大爆発が原因として考えられている。こうした巨大な星は、星が活発に誕生している領域に存在し、その周囲には星の材料である分子ガスが大量に存在していると予想されていたが、これまでこうしたガンマ線バーストが発生した銀河で分子ガスからの電波を検出したことはなく、謎となっていた。

今回、研究グループは、ロング・ガンマ線バーストの母銀河に含まれるガスや塵の量を調べるために、2002年と2005年に発生したガンマ線バースト「GRB 020819B」と「GRB 051022」の母銀河の観測を実施。その結果、2つの母銀河ともに分子ガスと塵が発する電波の検出に成功したという。

さらに研究では、アルマ望遠鏡の高解像度を活用することで、母銀河における分子ガスと塵の分布を描き出すことにも成功した。その結果、GRB 020819Bの母銀河では、分子ガスはガンマ線バーストが発生した場所ではなく、別の場所(銀河の中心部)に分布していること、ならびび塵はガンマ線バーストの位置に大量に存在し、銀河中心部では検出されないことを発見した。

ガンマ線バーストが観測された領域の電波強度から求められた分子ガスの質量は5億太陽質量以下、一方で塵の質量は5000万太陽質量ということで、ヒトが住む天の川銀河や近傍の銀河に分布する星間物質における塵の質量は分子ガスのおよそ1%と見積もられていることを考えると、GRB 020819Bの周囲ではそれよりも10倍以上塵の割合が高いことが確認されたため、廿日出氏は「これほどガスが少なく塵が多い環境でガンマ線バーストが起きているとはまったくの予想外でした。これは、ガンマ線バーストが普通とは異なる特殊な環境で発生したことを意味します」とコメントしているほか、「今回観測した環境がガンマ線バーストが起きる一般的な環境かどうかを判断するには、さらに多くの天体を観測する必要がある」とし、今後もアルマ望遠鏡を用いた観測を行っていくとしている。