チャンドラ、あまり調べられてこなかった帯域で84個のX線源を捉える

観測で調べない帯域に放射が集中しているために、明るい天体をどれほど見落としているのだろうか。この問いから、宇宙X線観測衛星チャンドラの保存データを使った新たな解析が始まった。アラバマ大学とハーバード・スミソニアン天体物理学センターのムスタファ・ムヒブラらは、より遠くを探すのではなく、近傍の六つの銀河の観測記録に戻り、探索するエネルギー範囲を変えた。研究は9月9日、Nature Astronomyに掲載された。

研究者たちは、0.15〜0.3キロ電子ボルトでは見える一方、0.3を超えると有意な検出が得られない点状の天体を選んだ。キロ電子ボルトは、光の粒子一つ当たりのエネルギーを表す単位だ。X線のサーベイ観測では、0.3がエネルギーの下限としてよく使われる。チームは同じ領域の画像を異なる帯域で比較し、2017年までに取得された保存データを組み合わせ、候補を目視でも確認した。古い記録を使ったのは、ミッション初期のほうが、この低エネルギー帯域に対する装置の感度が高かったためだ。

最終的に84個のX線源が選ばれ、銀河ごとの数は7〜21個だった。下限を0.15から、検出器の信頼性がより高い0.2キロ電子ボルトへ引き上げても、84個中81個は検出できた。銀河の外にある16の比較用観測領域では、似た候補が二つ見つかった。この対照結果から、対象銀河に属さない天体が試料に混じる割合は、およそ3%未満と見積もられた。したがって、この集団は単にノイズや手前の天体を拾った結果とは考えにくい。

研究者が付けた「ハイパーソフトX線源」という名前は、検出された放射のエネルギーが極端に低いことを指す。最も明るい天体は、調べた狭い帯域だけで毎秒10³⁸エルグ、約10³¹ワットに近い放射出力を持つと推定された。この推定は、地球に届くまでに吸収される放射を補正し、全方向に同じ強さで放射すると仮定している。放射モデルによれば、さらに大きな割合のエネルギーが極端紫外線として出ている可能性がある。極端紫外線は星間ガスに吸収されやすい。全放射出力はモデルからの外挿であり、紫外線を直接測った値ではない。

試料の一部には、白色矮星が含まれることを示す手掛かりがある。白色矮星は恒星の高密度な残骸で、伴星から物質を受け取ることがある。アンドロメダ銀河の中心領域で選ばれた18個のX線源のうち、少なくとも七つは、過去に新星爆発が知られている天体系の位置と一致する。こうした爆発では、表面の核燃焼によって残骸が高温を保つことがある。ほかのX線源については、ブラックホールや中性子星を含む系が候補として考えられている。同じ放射パターンの背後に、異なる物理的な仕組みが存在しうるわけだ。

X線源の正体を突き止めれば、その一部がIa型超新星、すなわち白色矮星を破壊する爆発の前段階にあるかどうかを調べられる。また、これらの天体の光子が、銀河のガスから電子をはぎ取る過程にどれほど寄与するかも推定できる。今回のサーベイは、その問いを追うための具体的な試料をもたらした。銀河にどのような天体があるかという目録の一部は、観測の境界をどこに置くかに左右されることも示している。