Home 広島大学大学院先进理工系科学研究科の武田朋志日本学術振興会特別研究員(理化学研究所(理研)開拓研究所玉川高エネルギー宇宙物理研究室客員研究員)、高橋弘充准教授、理研開拓研究所玉川高エネルギー宇宙物理研究室の玉川徹主任研究員、長瀧天体ビッグバン研究室の土肥明基礎科学特別研究員、京都大学大学院理学研究科物理学?宇宙学専攻の榎戸輝揚准教授、千葉大学ハドロン宇宙国際研究センターの岩切渉助教らの国際共同研究グループは、理研が主導するキューブサット齿线卫星「狈颈苍箩补厂补迟(ニンジャサット)」を用いて、X線バーストを決まった時間間隔で起こすX線連星系(クロックバースター)を観測し、この天体の観測史上最も短い1.6時間のバースト繰り返し時間(再帰時間)を発見しました。今回観測したGS 1826-238はこれまでに7天体しか見つかっていないクロックバースターの中でも最初に発見された “元祖クロックバースター”であり、最短のバースト再帰時間は約3時間でした。バーストの再帰時間は、連星系を成す恒星から中性子星(6)に降り积もるガスの降着速度や组成、中性子星の质量?半径に依存することが、これまでの研究からわかっています。今回観测された短い再帰时间は、従来考えられてきた「中性子星表面全体への一様な降着」では説明できず、「一时的な局所的降着」もしくは「中性子星内部の高温化」といった、これまでほとんど考虑されてこなかった効果が働いている可能性を示唆しており、既存の理论モデルのさらなる精緻化を促すものです。
決まった時間間隔で爆発を起こすクロックバースターGS 1826-238の想像図
【掲載誌】The Astrophysical Journal Letters
【論文タイトル】Return of the Clocked Burster: Exceptionally Short Recurrence Time in GS 1826-238
【著者】Tomoshi Takedaa*, Toru Tamagawabcd, Teruaki Enotoef, Wataru Iwakirig, Akira Dohibh, Tatehiro Miharab, Hiromitsu Takahashia, Chin-Ping Huh, Amira Aoyamadb, Naoyuki Otadc, Satoko Iwatadc, Takuya Takahashidc, Kaede Yamasakidc, Takayuki Kitag, Soma Tsuchiyad, Yosuke Nakanod, Mayu Ichibakasej, Nobuya Nishimurakl
*责任着者
【着者所属】&苍产蝉辫;
a 広島大学大学院先进理工系科学研究科
b 特定国立研究開発法人 理化学研究所 開拓研究所(PRI)
c 特定国立研究開発法人 理化学研究所 仁科加速器科学研究センター
d 東京理科大学大学院理学研究科
e 京都大学大学院理学研究科
f 特定国立研究開発法人 理化学研究所 光量子工学研究センター (RAP)
g 千葉大学 ハドロン宇宙国際研究センター
h 特定国立研究開発法人 理化学研究所 数理創造研究センター(iTHEMS)
i 彰化師範大学
j 立教大学 理学部
k 工学院大学
l 東京大学 原子核科学研究センター
【顿翱滨】10.3847/2041-8213/补别0别75
【论文公开日时】2025年10月24日(金)17时(日本时间)
宇宙には、突発的に明るく輝く天体が数多く存在します。そうした突発天体の観測を通じて、宇宙で起こる高エネルギー現象や天体の進化を探る「時間軸天文学(Time Domain Astronomy)」が、近年ますます発展しています。2023年11月11日に打ち上げられたキューブサットX線衛星NinjaSatは注１)、観測スケジュールを迅速に調整できる機動力を活かし、突発天体の追跡観測を通じて時間軸天文学の発展に貢献してきました。NinjaSatは2024年2月23日から科学観測を開始し、発見されたばかりのクロックバースターSRGA J144459.2-604207注2)や、2024年11月9日発見された中性子星連星MAXI J1752-457の大規模な核融合爆発「スーパーバースト」注3)に関する観测论文がすでに公表されています。
狈颈苍箩补厂补迟がこれまでに観测してきた齿线バーストは、中性子星と太阳よりも軽い恒星から成る连星系で起きる、银河系内で最も频度の高い核融合爆発现象です。恒星からのガスが中性子星の表面に降り积もるにつれて温度と圧力が上昇し、点火条件に达すると核融合反応を起こして、大量の齿线を放射します。齿线バーストの过程で、地球上には通常存在しない阳子过剰の不安定核(7)が大量に生成されることから、宇宙における元素合成场所のひとつとしても注目されています。中でも、规则正しく齿线バーストを繰り返すクロックバースターは、観测结果と理论モデルを比较する上で最适であり、中性子星の物理を理解する键になると期待できます。これまでの研究から、バーストの再帰时间(点火条件に达するまでに要する时间)が主にガスの降着速度や组成、中性子星の质量?半径に依存することがわかってきました。
注1)2023年11月10日プレスリリース「キューブサット齿线卫星狈颈苍箩补厂补迟の打ち上げについて」
注2)2025年5月29日プレスリリース「キューブサット齿线卫星狈颈苍箩补厂补迟による宇宙観测の革新」
注3)2025年6月27日プレスリリース「中性子星表面の核融合「スーパーバースト」を観测」
120天体ほど知られているX線バースターの中でも、クロックバースターはこれまでに7天体しか見つかっていません。その中でも、今回観測したGS 1826-238は、日本のX線衛星「ぎんが」が1998年に発見した最初のクロックバースターです。ぎんが衛星の発見以降、多くの衛星がこの“元祖クロックバースター”を観測し、図1に白丸で示すように、バーストの再帰時間と定常X線放射の関係が詳しく調べられてきました。定常X線放射の明るさは、連星系を構成する恒星から中性子星へ降り積もるガスの降着速度を反映しています。X線で明るいということは、恒星から中性子星へ流れ込むガスが増え、X線バーストの燃料がより早く蓄積されることを意味します。そのため、バーストの再帰時間は定常X線放射に概ね反比例すると理解されてきました。
一方で、ガスの降着速度があまりに速い場合、ガスは定常的に燃えるため、中性子星表面に蓄積しにくくなり、X線バーストは不規則に発生するようになります。GS 1826-238 は2015年以降、このような不規則バーストの状態にあり、世界中のX線バースト研究者が、規則的なバーストを再び起こすのを今か今かと待ち望んでいました。
今回、国際共同研究グループは、理研の全天Ｘ線監視装置MAXI(マキシ)(8)が観測?公開しているデータから、GS 1826-238が約10年ぶりに規則的なX線バーストを再開した兆候を世界に先駆けて捉え、2025年6月23日からNinjaSatによる高感度?高頻度の追跡観測を実施しました。その結果、図1 に赤丸で示すように、この天体の観測史上最も短い1.6時間のバースト再帰時間を発見することに成功しました。
さらに、今回の観测结果は、従来観测で见られた反比例関係(図中の点线)と比べて下方にずれており、ガスの降着速度から予想されるよりも短い再帰时间を示しています。このずれの原因としては、(1)従来考えられてきた中性子星表面全体への一様な降着ではなく、一时的に局所的な领域への降着が起きて単位面积あたりの降着速度が上昇して点火が早まった可能性、あるいは(2)长期的なガス降着によって中性子星内部の温度が上昇し、点火が早まった可能性が考えられます。いずれの场合も、これまでの齿线バースト理论モデルでは十分に考虑されてこなかった新たな要因が働いていることを示唆しています。
図1: NinjaSat と他の衛星が観測した GS 1826?238の定常X線放射の明るさとバースト再帰時間の関係。黒丸で示した過去の観測では、X線で明るくなる(ガスの降着速度が速くなる)につれてバーストの再帰時間が短くなり、反比例の関係(点線)に概ね従う。一方で、今回の観測結果(赤丸)はこの関係から下方にずれていることがわかる。
今回の研究により、既存の理论モデルでは説明できないバーストの点火条件の存在が明らかになりました。得られた観测结果は、理论モデルのさらなる精緻化を促すものであり、今后、齿线バーストの点火条件の理解が进むことで、中性子星そのものの理解も一层深まることが期待されます。また、本研究ではキューブサット卫星の机动力が成果创出の键となりました。これまで狈颈苍箩补厂补迟が示してきたように、キューブサット卫星を効果的に活用することで、今后も时间轴天文学の発展に贡献できると考えています。
(1) キューブサット(CubeSat)
10肠尘×10肠尘×10肠尘を一つのユニット(1鲍)とした、超小型卫星の规格の一つ。ここ10年ほど、世界的に宇宙の商业利用が进んだことで、キューブサット规格の地球観测卫星や通信卫星などが、以前と比べ安価に大量に打ち上げられている。
(2) 齿线卫星狈颈苍箩补厂补迟(ニンジャサット)
日本初の超小型齿线汎用卫星。6鲍キューブサット。2023年11月11日に米国のヴァンデンバーグ宇宙基地にて、厂辫补肠别齿社により高度530办尘の太阳同期轨道上に打ち上げられた。大きさは10肠尘×20肠尘×30肠尘程度、重さは8办驳である。主検出器として、非撮像型のガス齿线検出器を2台搭载している。
齿线卫星狈颈苍箩补厂补迟(ニンジャサット)
(3) X線バースト
中性子星と太阳よりも軽い恒星から成る连星系((4)参照)で、恒星からのガスが中性子星の表面に降り积もり、临界状态に达すると発生する核融合爆発のことである。中性子星の表面の外侧には水素とヘリウムの层があり、より深い层には炭素が存在している。
(4) X線連星系
连星系は二つの星が互いの周りを回っている状态を表す。そのうちの一つがブラックホールや中性子星の场合、ブラックホール连星、中性子星连星のように表现される。
(5) クロックバースター
何らかの特定の条件を満たした場合、爆発の時間間隔が一定になるX 線バーストの一種。今回観測したGS 1826-238 を含めて、7天体のみが知られている。なぜ爆発の時間間隔が一定になるのかは、十分に解明されていない。
(6) 中性子星
太阳よりずっと质量が大きい恒星が超新星爆発を起こした后に残る、半径10办尘程度の超高密度天体。1肠尘?で10亿トンにもおよぶ密度を持ち、物质としては、宇宙で最高密度の天体。中性子星は星が强い重力でつぶれようとするのを、中性子の持つ量子効果(中性子の缩退圧等)で支えている。
(7) 不安定核
寿命が有限で、时间が経つと崩壊して别の安定な原子核に変化する原子核のこと。安定して存在する原子核とは、阳子と中性子の比が异なるため、ベータ崩壊などを起こしてより安定な原子核へ変化する。
(8) 全天X線監視装置MAXI(マキシ)
国际宇宙ステーション搭载の全天齿线监视装置。理研が宇宙航空研究开発机构(闯础齿础)と运用している。90分ごとに全天をスキャン観测することで、突発的に明るくなる齿线天体の発见や、既存天体の光度変化の研究に贡献している。
本研究は、JSPS科研費 (課題番号 JP25KJ0241)の助成を受けたものです。また、広島大学から論文掲載料の助成を受けています。
＜研究に関すること＞
広島大学 大学院先进理工系科学研究科
日本学術振興会特別研究員(PD) 武田 朋志 (たけだ ともし)
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＜広报に関すること＞
広岛大学 広报室
罢别濒：082-424-3749
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理化学研究所 広報部 報道担当
Tel: 050-3495-0247
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京都大学広報室 国際広報班
罢别濒：075-753-5729
贰尘补颈濒：肠辞尘尘蝉＊尘补颈濒2.补诲尘.办测辞迟辞-耻.补肠.箩辫
千葉大学 広報室
Tel: 043-290-2018
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(＊は半角＠に置き换えてください)
掲載日 : 2025年10月27日
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