中性子星の衝突、ガンマ線は0.5秒でもX線は10分間輝き続けていた

中性子星の衝突は通常、2秒足らずでその存在を知らせる。すなわち、ガンマ線の急激なフラッシュ、そして減衰していく残光である。60億光年彼方で起きたある衝突は、そのシナリオに従ったのが0.5秒未満だった。その後、静まる代わりに、ほぼ10分間にわたってX線を放出し続けたのだ。

中国のアインシュタイン・プローブ衛星がその全経過を捉えた。これは、中性子星合体から記録された中で最も長く持続する即時X線フラッシュである。この研究を手掛けた国際チーム（『Science Bulletin』誌のカバー記事）は、その追加の数分間は衝突後に残されたものに由来すると主張する。最も可能性の高い犯人候補はマグネターだ。すなわち、高速で自転し、爆発にエネルギーを供給し続けるのに十分な強力な磁場を持つ新生中性子星である。もし彼らが正しければ、ガンマ線観測所はこれまでこれらの衝突の最初の一拍だけを捉えていたに過ぎないことになる。

この発見の意義は、単一の事象をはるかに超える。中性子星合体は、宇宙が金やプラチナなどの重金属を生成する場であり、時空を揺さぶって地球上の重力波検出器がその振動を感じ取れるほどにする。衝突後に何が生き残るか（ブラックホールか、超高磁場の中性子星か）は、物理学者に、重力が勝利するまでにどれだけの物質が押し詰められるかを教えてくれる。

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0.5秒のバーストがどのようにして10分間に変わったか

この事象には二つの名前がある。X線ではEP250704a、ガンマ線ではGRB 250704Bである。三機の宇宙船が同時にこれを捉えたためだ。中国とフランスのSVOMミッションと中国のInsight-HXMT観測所がガンマ線フラッシュを記録し、アインシュタイン・プローブの広視野X線望遠鏡は同じ領域を軟X線（低エネルギーX線）で監視していた。

ほとんどのX線望遠鏡は視野が狭く、ガンマ線検出器が警報を発して初めてバーストの方へ向くため、初期のX線は彼らが観測を開始する頃には通常すでに消えている。アインシュタイン・プローブはロブスターアイ光学系を用いて広い空の領域を常時監視しているため、衝突が発生した時点で既に観測中だった。

「この事象は当初、ごく普通の短時間ガンマ線バーストに見え、0.5秒未満続く明るいフラッシュを生み出しました」と、北京師範大学の博士課程学生で、ミッションの突発天体監視担当者として勤務していたAn Liは語る。「しかし、減衰する代わりに、発生源は弱いX線のエピソードをほぼ10分間にわたって放出し続けました。」

発生源を特定する競争は、ローマ大学トル・ヴェルガータのエレオノーラ・トロヤ（Eleonora Troja）教授のグループの大学院生、ニッコロ・パッサレーヴァ（Niccolò Passaleva）に委ねられた。「私は列車で帰宅中でしたが、突然、ノートパソコンから世界最大級の望遠鏡の一つを急いで確保しなければならなくなりました」と彼は語る。数分以内に、チリにあるヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡（VLT）が減光しつつある残光に向けられた。

そのX-Shooter分光器が光を成分色に分け、赤方偏移0.661を示す吸収線を検出した。これは、膨張する宇宙によって光が地球に届くまでにどれだけ引き伸ばされたかの尺度である。これにより、この爆発は60億光年以上彼方で起きたことがわかる。すなわち、太陽とその惑星が存在する以前の出来事である。

なぜこれは死にゆく星ではなかったのか

長いX線フラッシュ自体は目新しいものではない。一生の終わりに崩壊する大質量星も長く持続するバーストを生み出し、そのような死には超新星が伴う。そこで研究チームはVLTのFORS2カメラを用いて、母銀河の深撮像画像の中で超新星を探した。何も見つからなかった。

距離、超新星の不在、そしてバースト自身の特性は、いずれもコンパクト天体（中性子星とブラックホールの総称）の合体を指し示している。また、X線の振る舞いも教科書的な描像では説明できないものだった。残骸に落下する物質による鋭いスパイクの後に、膨張する爆風からの滑らかに減衰する残光が続く代わりに、放射は数分間ちらつき、スペクトルを変化させた。チームによれば、このパターンは、中心エンジン自体がガンマ線が止まった後も長時間作動し続けたことを意味する。

「一つの有力な説明は、合体によって高速で自転し、強く磁化された中性子星、すなわちマグネターが生成され、それが長時間のX線放射に電力を供給し、エネルギー注入を継続したというものです」と、高エネルギー放射の解析を主導した香港大学の博士課程学生、Yi-Han Iris Yinは述べている。

0.4秒のガンマ線、560秒のX線

数字は、天文学者がなぜこれまでこの局面を見逃していたかを説明する。ガンマ線フラッシュは約0.4秒続いた。軟X線は約560秒、すなわち約1400倍長く続いた。これまでの研究では、短時間ガンマ線バーストの約30％が、残光の減衰速度から判断して約100秒間のエンジン駆動型X線局面を隠している可能性が推測されていたが、直接観測された例はなかった。今回のものは、その推定値の5倍以上長く継続した。

「この長く続く放射は相当なエネルギーを運んでいましたが、そのスペクトルは非常に軟らかかったため、典型的な宇宙論的距離にあるバーストでは、従来のガンマ線観測装置（Swiftのバースト警報望遠鏡など）の検出限界以下にとどまっていたでしょう」と、南京大学のBin-Bin Zhang共同責任著者は述べる。言い換えれば、以前のミッションであれば、ごく普通の0.5秒バーストとして記録していただろう。

マグネターはそのような振る舞いに適合する。中性子星は太陽よりも大きな質量を、直径約20キロメートル（都市ほどの大きさ）の球に詰め込んだものであり、マグネターの磁場は通常の中性子星の約1000倍も強い。「マグネターは巨大な磁場を持つ高速自転する中性子星です。その磁気エネルギーを周囲に放出すると、あらゆる爆発をより明るく、より長持ちさせることができます」と、論文の責任著者の一人であるトロヤは述べる。「この新しい事象からのX線データを見た時、何かがおかしいと気づきました。」

解決されないこと

マグネターは解釈であり、観測事実ではない。研究者たちはそれを最も妥当な説明と呼んでおり、論文のタイトル自体も慎重で、「コンパクト天体合体」と述べており、ペアを特定していない。中性子星とブラックホールの衝突もその用語に含まれる。

この疑問を解決する重力波信号は存在しない。60億光年の彼方では、その衝突は今日の検出器の到達範囲をはるかに超えており、中性子星合体を聞き取れるのは数億光年先までである。合体の根拠は超新星の不在とバーストの特性に依存しており、強力ではあるが間接的な証拠である。

また、これは単一の事象である。これまでの候補は減衰が速すぎて分析できなかったため、どれだけ多くの短いバーストがX線局面を隠しているのか、またどれだけがブラックホールではなくマグネターを残すのかは誰も知らない。チームはこの現象が一般的であると疑っている。より大きなサンプルのみがそれを示すことができる。

中性子星合体とマグネターに関するよくある質問

マグネターとは？

マグネターは、極端な磁場を持つ中性子星であり、通常の中性子星の約千倍の強さである。若いマグネターは高速で自転し、磁気エネルギーを失うにつれて周囲に電力を供給し、爆発をより明るく長く続かせることができる。

短時間ガンマ線バーストとは？

短時間ガンマ線バーストは、約2秒未満続く高エネルギー放射のフラッシュである。ほとんどは二つの中性子星、または中性子星とブラックホールの衝突に由来すると考えられている。より長いバーストは通常、崩壊する大質量星から来ており、超新星を伴う。

この中性子星衝突はどれほど遠かったのか？

光は60億年以上かけて地球に到達した。チームは超大型望遠鏡のX-Shooter分光器で赤方偏移0.661を測定した。これは、爆発が太陽と惑星が形成される前に起こったことを意味する。

アインシュタイン・プローブとは？

アインシュタイン・プローブは、中国主導のX線宇宙望遠鏡で、欧州宇宙機関やドイツのマックス・プランク地球外物理学研究所などのパートナーとともに建設された。その広視野望遠鏡は軟X線で空の広い領域をスキャンし、遠方の銀河からの数百の短いX線フラッシュを検出してきた。

今後の展開

この事象は2025年7月4日に検出され、論文は2026年に『Science Bulletin』に掲載された。2024年1月から軌道上にあるアインシュタイン・プローブは空のスキャンを続けており、距離が測定された新しい速いX線フラッシュが出現するたびに、チームが必要とするサンプルが増える。

より大きな目標は重力波との一致である。2017年、初めて中性子星合体が重力波と光の両方で観測されて以来、天文学者たちはその波紋とともに伝わる信号をさらに探し求めてきた。「重力波観測の次のラウンドが本当に楽しみです。そこでついに、これらのX線フラッシュの一つを、同じ発生源からの重力波バーストとペアにできるかもしれません」とパッサレーヴァは語る。両方で捉えられたより近い合体は、衝突が正確に何を残したかを示すだろう。

参考文献: Li, Wang, Passaleva, An et al., "Minutes-long soft X-ray prompt emission from a compact object merger," Science Bulletin, 2026. DOI: 10.1016/j.scib.2026.08.021

タグ: Very Large Telescope, Einstein Probe, Eleonora Troja, ガンマ線バースト, マグネター, 中性子星

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