マグネター

知られている中で最強の磁石と、そのひとつが銀河を横切って閃いた日

ステップごとに

都市ほどの大きさの磁石

マグネターとは、知られている中で最も強い磁場をもつ中性子星です。SGR 1806-20 の磁場は約 2×10¹⁵ ガウス。地球の磁場の4000兆倍です。

中性子星は、重い星の中心核がつぶれた後に残るもので、太陽の約 1.4 倍の質量が直径 24 km ほどの球に詰まっています。多くは地球の約1兆倍の磁場をもちます。知られている約3000個の中性子星のうち約30個は、さらにその100〜1000倍強い磁場をもちます。それがマグネターです。

いて座の方向、約2万8000光年先の SGR 1806-20 は最強クラスのひとつで、磁場は約 2×10¹⁵ ガウス。地球の磁場は0.5ガウス、冷蔵庫の磁石は約100ガウス、これまでに作られた最強の定常磁石（米国立強磁場研究所）でも45万5000ガウスです。

マグネターのこれほど近くでは、原子そのものが磁場に沿って細い針のように押しつぶされます。1000 km 離れても磁場はまだ数十億ガウスあり、どんな生き物の原子もゆがめるのに十分です。

ゆっくり、ブレーキのかかる自転

若い中性子星の多くは1秒間に何回も自転します。マグネターは2〜12秒に1回とゆっくり回ります。巨大な磁場がブレーキになるからです。星が回ると磁場が荷電粒子を宇宙に放り出し、それが自転を持ち去ります。

ねじれた磁場

内部の磁場はさらに強く、もつれていると考えられています。それが外へ出ていくにつれ、星の上の磁力線をねじり、磁力線が根を下ろす固い地殻に負担をかけます。

中性子星の地殻は厚さ約1 km の固い殻で、鉄に富んだ原子核の格子でできており、鋼よりはるかに頑丈です。磁場はそこを貫き、そこに固定されています。

マグネターでは、星の内部の磁場がさらに強く、もつれていると考えられています。何年もかけてゆっくり外へ押し出し、地殻を引きずり、表面の上にループを描く磁力線をねじります。ねじれた磁力線は電流を運び、電流が地殻を温めます。マグネターは、自転の減速でまかなえる以上に X 線で明るく輝きます。その源は自転ではなく磁気なのです。

ここで見せているねじれは、有力な説明（Thompson、Lyutikov、Kulkarni 2002）に従って考え方を示すために描いたものです。磁場そのものは誰にも見えません。

星震

負担が大きくなりすぎると、地殻が割れます。星震のたびに磁場が揺さぶられ、0.1秒ほどの X 線とガンマ線のバーストが放たれます。

マグネターは最初、このバーストで注目されました。1979年、衛星が空の同じ場所から繰り返し届く短いガンマ線バーストをとらえ、その源は軟ガンマ線リピーターと名づけられました。SGR 1806-20 の SGR です。

典型的なバーストは約0.1秒続き、太陽の数日から数か月分のエネルギーを、主に X 線で放ちます。目覚めたマグネターは何週間も数百回のバーストを起こし、その後何年も静まることがあります。有力な説明では、地震で地面が割れるように地殻が磁場の負担で壊れ、その上の磁力線が一気に新しい形へ跳ね返ってエネルギーを放ちます。

割れ目とバーストは描画で、6倍のスローです。

巨大フレア

2004年12月27日、SGR 1806-20 がすべてを一気に解き放ちました。5分の1秒のあいだ、2万8000光年先から、地球から見た満月よりも明るく輝きました。太陽系の外から届いた史上最も明るい閃光です。

巨大フレアは世界時21時30分に地球に届きました。ほとんどが目に見えないガンマ線でしたが、5分の1秒のあいだ、満月の光よりも多くのエネルギーを地球にもたらしました（Palmer ほか 2005）。宇宙のほぼすべてのガンマ線検出器を飽和させ、地球の上層大気である電離層まで乱しました。

何年も負担をためた磁場の大部分がちぎれ、一気に新しい形へ跳ね返ったときに起き、光速のかなりの割合で物質の雲を放り出したと考えられています。

閃光はガンマ線で、淡い紫で描き、約5倍のスローです。

脈打つ尾

閃光のあと、磁場に押さえつけられた火の玉が約6分間光り、7.56秒ごとの星の自転がこちらに向けるたびに明るくなりました。

最初の閃光は5分の1秒でした。そのあとに、約380秒かけて消えていくやわらかな光が続き、7.56秒ごとに強まったり弱まったりしました。星自身の自転です。

説明は、閉じ込められた火の玉です。数億度の電子、陽電子、ガンマ線の塊が、表面のすぐ上で閉じた磁場のループにとらえられています。自分の圧力で一瞬にして吹き飛ぶはずで、これほど強い磁場でなければ押さえておけません。外側から内側へ冷えるにつれて光は弱まり、その間、星の自転が火の玉を地球の方へ向けては遠ざけました。

ここでは火の玉を星の片側に描いています。本当の形はわかっていません。尾は実際の約4倍の速さで進みます。

星が鳴った

尾の中で、X 線は一定の周波数で、毎秒18〜1840回ちらつきました。地殻が星震の揺れをまだ残していたのです。打たれた鐘のように。

尾の X 線を精密に計時した衛星は、一定の周波数でのちらつきを見つけました。毎秒18、26、30、92、150、625、1840回です（Israel ほか 2005、Strohmayer と Watts 2006）。似た組は1998年の SGR 1900+14 の巨大フレアでも見つかっていました。

これらは、中性子星の地殻が半分ずつ逆向きに行ったり来たりねじれる振動の仕方に合います。地震学者が地震のあとの地球の鳴り方を読んで内部を知るのと同じです。中性子星の内部をこうして探れたのは、これが初めてでした。

これらの周波数は、私たちの耳に聞こえる高さです。サウンドをオンにすると、ここで音として鳴ります。音量は描画上のものです。地殻のねじれは目で追えるようにスローで描いています。

重元素

フレアは物質も放り出しました。約10分後、かすかなガンマ線の光が、そこにできたばかりの重元素が含まれていることを示しました。地球の質量の約3分の1です。

フレアは、中性子に富む物質の雲を光速のかなりの割合で放り出しました。古い記録を見直した天文学者は、閃光の約10分後に最も明るくなった、遅れて届いた淡いガンマ線の光を見つけました。

その明るさと時間の変化は、できたばかりの重い原子核の放射性崩壊に合います。金、白金、ウランを作る速い中性子捕獲、r過程です。太陽の質量の約100万分の1、地球の質量の3分の1ができました（Patel ほか 2025）。こうした巨大フレアが天の川銀河の最も重い元素の1〜10パーセントを作っているかもしれません。残りの大部分は中性子星の衝突から来ます。

雲は金色に光る殻として描いています。本当の形はわかっていません。

天の川銀河からの電波バースト

2020年4月28日、別のマグネター SGR 1935+2154 が X 線バーストと、1000分の1秒より短い電波の閃光を放ちました。天の川銀河の中から見えた初めての高速電波バーストです。

高速電波バーストは、数ミリ秒続く電波の閃光で、2007年に初めて見つかりました。これまでに数千回見つかり、ほぼすべてがほかの銀河からのもので、何が起こしているのかは謎でした。

2020年4月28日、カナダの CHIME と米国の STARE2 という2台の電波望遠鏡が、約3万光年先の SGR 1935+2154 から、その X 線バーストと同じ瞬間にひとつをとらえました。29ミリ秒離れた2つの閃光でした。ほかの銀河から見れば、かすかな高速電波バーストに見えたでしょう。遠くの閃光の少なくとも一部はマグネターから来ているのです。

電波は見えません。ここでは緑で描き、約30倍のスローです。

消えていく

マグネターは若い星です。磁場は約1万年ですり減ります。するとバーストは止まり、星は静かな中性子星として生き続けます。

知られているマグネターは約30個で、すべて天の川銀河か、その伴銀河の大マゼラン雲にあります。若い星団や超新星の残骸の近くにあり、数千歳を超えるものはわずかです。1万6000光年先の星団ウェスタールンド1にあるひとつは、太陽の約40倍の質量の星から生まれました。

磁場が衰えてねじれを手放すにつれ、星を温め、バーストにエネルギーを与えます。1万年ほどたつと、地殻を割るほどの磁場は残っていません。マグネターは減速し、冷え、天の川銀河を満たしていると考えられる何億もの静かな中性子星のひとつとなって消えていきます。

この物語の天体

中性子星