J-GEM,重力波天体が放つ光を初観測

日本の重力波追跡観測チーム J-GEM(Japanese collaboration of Gravitational wave Electro-Magnetic follow-up)は,重力波源の光赤外線対応天体を捉え,その明るさの時間変化を追跡することに成功した(ニュースリリース)。

これは,2017年8月17日にアメリカの重力波望遠鏡Advanced LIGOとヨーロッパの重力波望遠鏡Advanced Virgoによって観測された重力波源「GW170817」の光赤外線追跡観測を,すばる望遠鏡などで行なったもので,重力波源が電磁波で観測された初めての例となるもの。

重力波信号の特徴から,GW170817は中性子星同士の合体であり,さらに今回検出された光赤外線放射は,理論的に予測されていた中性子星合体に伴う電磁波放射現象「キロノバ(kilonova)」によるものと考えられる。

今回の観測結果は,鉄より重い元素を合成する過程の一つである「rプロセス」を伴うキロノバ放射の理論予測とよく一致しており,宇宙におけるrプロセス元素合成現場を捉えたことを強く示唆するもの。

この光赤外線追跡観測には,すばる望遠鏡(国立天文台),南アフリカに設置されたIRSF望遠鏡(名古屋大学,鹿児島大学),ニュージーランドに設置されたMOA-II望遠鏡(名古屋大学,大阪大学)およびB&C望遠鏡(ニュージーランド カンタベリー大学)などが参加した。また「キロノバ」の理論計算には,スーパーコンピュータ「アテルイ」(国立天文台)が用いられた。

観測の結果,すでに報告のあった光赤外対応天体を可視光から近赤外線にかけての広い波長域で明瞭に捉え,明るさの時間変化を追跡することに成功した。すばる望遠鏡HSCでzバンド(波長約900㎚)の急速な減光の様子を捉えるとともに,IRSFおよびすばる望遠鏡の近赤外カメラMOIRCSで,近赤外線の減光の様子を15日間にわたって連続的に追跡することに成功した。

この研究成果は,重力波観測と光赤外線観測の協調による「マルチメッセンジャー天文学」,さらに理論シミュレーションによって実現した。中性子星合体でrプロセスが起こっている証拠を観測的に捉えたことは,重元素の起源に迫る大きな一歩だとしている。

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