オーロラエネルギー取り込みの仕組みを衛星観測で解明

オーロラ爆発のエネルギー源になる太陽風の地球磁気圏への取り込みが、
約7万キロの広範囲にわたって5時間以上継続することが明らかになりました。

人工衛星“ジオテイル”と“MMS”の観測から明らかになったこの仕組みは、
エネルギーの取り込みが、磁気リコネクションによって起こることを示す結果になったんですねー


磁気リコネクション

太陽から吹き出す高速のプラズマの流れ“太陽風”は、
生命にとっては有害なものなんですが、
地球磁気圏がバリアとして働き太陽風を防いでくれています。

太陽風が地球に到達してエネルギーが磁気圏に入り込むと、
磁気圏尾部にエネルギーがため込まれることになります。

このエネルギーが短時間で一気に解放され、
プラズマ粒子のエネルギーとなり磁力線に沿って地球の極地方へ進むと、
オーロラが発生します。

この際、エネルギーの取り込みや解放に重要な役割を果たすのが、
磁気リコネクション（磁力線のつなぎかえ）になります。

磁気リコネクションによってオーロラや磁気嵐が起こると考えられていて、
その物理過程の理解は地球周辺の宇宙空間で起こる現象を解き明かす上で、
重要なカギになります。

今回の研究では、
太陽風のエネルギーが地球の磁気圏に入り込む過程を調べるため、
観測データの解析が行われています。

使われたデータは、日米共同の磁気圏尾部観測衛星“ジオテイル”と、
NASAの磁気圏編隊観測衛星“Magnetospheric Multiscale（MMS）”の観測データでした。

　　“ジオテイル”は、この7月で運用24年を迎えた長寿の人工衛星。

日米共同の磁気圏尾部観測衛星“ジオテイル”と、 NASAの磁気圏編隊観測衛星“Magnetospheric Multiscale（MMS）”による 観測のイメージ図。

複数個所で磁気リコネクションが起こると、
らせん状の構造をした磁気ロープが発生することがあります。

これまで、この構造は消えることはないと考えられてきました。
でも、今回の解析により消滅するものもあることが分かるんですねー

この結果は、磁気リコネクションが起こると、
必ず太陽風のエネルギーが地球の磁気圏に流入するわけではないということ、
つまり磁気ロープによって太陽風エネルギー流入が阻害される場合があることを、
示唆するものでした。

一方、磁気リコネクションは継続的に起こり少なくとも5時間以上継続することや、
磁気リコネクションが約7万キロ（地球半径の10倍以上）の広範囲にわたっていることも、
分かります。

今後、半年以内に“ジオスペース探査衛星”が打ち上げられる予定なので、
“ジオテイル”との共同観測により、
地球周辺の宇宙空間で起こっている現象の理解が進むことが期待されますね。


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これまでの18倍の銀河を一度に発見！ 南アフリカの新電波望遠鏡ミーアキャット

すでに宇宙の中で知られている銀河の数が一気に18倍に跳ね上がる…
こんな出来事がありました。

これを達成したのは南アフリカ共和国のミーアキャット電波望遠鏡。

「人口が少なく、ケープタウンに近いので建設費や維持費を抑えることができる。」
という理由から、ミーアキャット電波望遠鏡は、南アフリカの北ケープ州に作られています。

多数の巨大なパラボラアンテナを相互に接続する望遠鏡になるのですが、
ただいま建設中…

いまのところ設置されているパラボラアンテナは、計画されている64基のうち16基だけです。

ただ、今まで70個の銀河しか発見されていなかった領域で、
1300個もの銀河が写った詳細な画像をとらえているんですねー

ミーアキャット電波望遠鏡の驚くべき性能の一端を垣間見た出来ごとで、
2017年後半に完成すれば、集光面積は1万7000平方メートルを超えることになります。

ミーアキャット電波望遠鏡は、
すでに2億光年離れた激動する宇宙の姿を高解像度で撮影することに成功していて、
その1つが、銀河の中心で2つの高速粒子ジェットを噴き出す巨大ブラックホールの画像。

この画像も天文学者たちを驚かせることになります。

ミーアキャット電波望遠鏡による発見の1つ、 高速粒子のジェットを噴き出す巨大ブラックホール。

まだほんの一部に過ぎない

宇宙という最後のフロンティアのほんの一部だけを切り出したもの、
それが、ミーアキャット電波望遠鏡の画像だといえます。

可視光線を使う方がはるかによく見えるので、
ハッブル宇宙望遠鏡で同じ場所を観測すれば、おそらく何十万個もの銀河が見えるはずです。

でも、活発な“電波銀河”の観測は、ミーアキャットのような望遠鏡の方が適しています。

中心に超大質量ブラックホールがあり、
数百万年にわたって高エネルギーを放出し続ける銀河が“電波銀河”で、
このような銀河の観測には電波望遠鏡が最も適しているんですねー

“電波銀河”の中には、大量のチリに覆われているものもあるので、
光学望遠鏡ではほとんど、あるいはまったく何も見えないことがあります。

でも、電波はチリを通り抜けるので、何の問題もなく観測できます。

電波で観測した画像。 点のひとつひとつが遠く離れた銀河。

やがてミーアキャット電波望遠鏡は、スクエア・キロメートル・アレイと呼ばれる、
南アフリカとオーストラリアにまたがる数千個のパラボラアンテナ網の一部になる予定です。

これが完成すれば、今までよりも1万倍以上早く観測できるようになるそうですよ。


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地球生物のDNAにも関係がある？ 星間空間で初めてキラル分子を発見

巨大な星形成領域“いて座62分子雲”で、
キラル分子の酸化プロピレンが見つかりました。

隕石や彗星など太陽系内では見つかっていたキラル分子ですが、
星間空間で検出されたのは初めてのことなんですねー

なぜ、地球上の生物はDNAの二重らせん構造が、
キラル分子のうちどちらか一方だけを使っているのか？
謎を解く第一歩になるのかもしれません。


鏡像の関係にある構造

右手と左手（鏡像）の関係のように、
ある構造と、その鏡像の関係にある構造が、
回転操作によって互いに重ね合わせることができない。

こうした性質のことを“キラリティー”と呼び、
そうした性質を持つことを“キラル”と呼んで、
「手はキラルである」と表現します。


キラル分子

そして分子にも、
“キラル”なもの（右手型と左手型があるもの）が存在しています。

キラル分子は地球上で発見される隕石や彗星など、
太陽系内では検出されています。

でも星間空間で検出されたことは、これまでありませんでした。

今回、アメリカ国立電波天文台の研究チームは、
アメリカのグリーンバンク電波望遠鏡とオーストラリアのパークス電波望遠鏡を使用。

天の川銀河の中心方向にある巨大な星形成領域“いて座B2分子雲”を観測し、
キラル分子である酸化プロピレン（CH3CHOCH2）を検出しています。

初めて星間空間でのキラル分子を発見に成功したんですねー

酸化プロピレンは、これまで宇宙で発見された中では最も複雑な分子でした。

中央の円がいて座B2分子雲。 酸化プロピレン分子の構造イラスト。キラルの右手型と左手形が描かれている。 下にある矢印が指しているのが、天の川銀河中心のいて座A*（エースター）

地球のキラル分子

今回の発見は、
「どこでどのように右手型・左手型といった差が発生し、
　　なぜ一方がもう一方よりもわずかに多く存在するのか？」
ということを調べる研究への扉を開くものになります。

地球上の生物はDNAの二重らせん構造などを含め、
キラル分子のうちどちらか一方だけを使っています（ホモキラリティー）。

でも、どのようにして右手型・左手型の、
いずれかだけに頼るようになったのでしょうか？

太陽系内の隕石にはキラル分子が含まれていて、
その年齢は地球のものよりも長いものです。

彗星にもキラル分子は含まれています。

こうした小天体中のキラル分子に、もともと偏りがあり、
それが地球に生命のもとを運んできたとすれば…

今日見られるような生物のホモキラリティーが生じたことを説明できますね。


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天の川銀河に見える巨大なX字形構造から銀河形成のプロセスが分かってくる？

研究者によるツイッター投稿がきっかけで、
天の川銀河の中心部に存在する、星が作る巨大なX字形構造の姿が明らかになったそうです。

赤外線が見せてくれたもの

事の発端は、2015年5月にトロント大学の研究員が、
NASAの広域赤外線天文衛星“WISE”による2010年の観測データを使った銀河の分布図を、
ツイッターに投稿したことでした。

この観測データは、
天の川銀河外に存在する銀河が織りなす網の目状の分布図を、
作成するためのものでした。

でも、ツイートを見た他の研修者の目を引き付けたのは、
天の川銀河の姿でした。

天の川銀河の中心部のバルジ（球状のふくらみ）中に見つけたのは、
アルファベットのX字の形をした構造でした。

赤外線が、可視光線では決して見ることのできない構造を見せてくれたんですねー

これまでにもX字形構造の存在は報告されていました。

でも今回の画像では、非常に明瞭にとらえられていたので、
その構造の重要に気付くことに…

そして、天の川銀河のブルジの分析が始まることになります。

“WISE”による天の川銀河の全天画像。 丸で囲まれた領域が天の川銀河の中心、右上の丸はX字形構造の強調画像。

銀河形成のプロセスが見えてくる

バルジは天の川銀河の形成のカギになるものです。

なので、バルジを理解することは、
銀河を作り現在のような形にしたプロセスの理解につながるんですねー

天の川銀河を含めて、近傍にある円盤銀河のうち約3分の2には、
中心部分に棒状構造が存在しています。

そして、時と共に棒状構造は不安定になり、
バルジには銀河面に対して垂直に激しく出入りする星が含まれるようになります。

その様子を側面から見ると、
軌道を回る星が箱形またはピーナッツ形に分布しているように見えるはずで、
銀河の中心を交差する星々で出来た巨大なX字形構造が現れることになります。

バルジは銀河の合体でも形成されますが、
天の川銀河は少なくとも過去90億年間は大きな銀河と合体していません。

“WISE”による画像では、
箱形構造中にはっきりとX字形構造が見えています。

このことが意味しているのが、
バルジ形成が銀河内部の作用によるものということ。

そしてバルジの形成以降に、
他の銀河との大規模な相互作用が起こっていないことです。


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アルマ望遠鏡が偏波観測で世界最高感度達成！ 磁場が大きな役割を果たしている天体現象の解明へ

アルマ望遠鏡では通常の科学観測と並行して、
観測性能を実証する“科学評価観測”も行われています。

その評価観測で得られたデータの解析から、
アルマ望遠鏡がミリ波の偏波観測において世界最高感度を有していることが、
確認されたんですねー


磁場の観測

波の振動方向の分布が一様でなく、
一方方向に限られている電波のことを偏波といいます。

偏波の観測は、
宇宙空間における“磁石の力（磁場）”を調べるための重要な手段になります。

なので、太陽表面の黒点やフレアと呼ばれる爆発現象、星・惑星系の誕生、
超巨大ブラックホールからの高エネルギージェットなど、
磁場が大きな役割を果たしている様々な現象の謎の解明に活用されることが、
期待されているんですねー


偏波観測性能の実証

今回、偏波観測性能の実証がアルマ望遠鏡で行われました。

実証のための観測に選ばれたのは、
りょうけん座の方向約73億光年の距離にあるクエーサー“3C 286”。

その理由は、“3C 286”の中心に超大質量ブラックホールがあり、
非常に高エネルギーのジェットが放出されているからでした。

このジェットの形成に、
磁場が大きな役割を果たしていると考えられているんですねー

アルマ望遠鏡で観測したクエーサー“3C 286”。 等高線は電波強度、紫色の短い棒は偏波の向きを表す。

今回の観測では、ジェットの根元付近から放射される、
電波の偏波強度と偏波の向きを測定。

すると、過去に行われた、
より長い波長であるセンチ波による観測結果よりも、
アルマ望遠鏡が観測した1.3ミリのミリ波の電波のほうが、
偏波の割合が高いことが分かりました。

ミリ波のほうがジェットの根元から放射されると考えられているので、
今回の成果は、ジェットの根元に近づくにつれて、
より強く、方向がそろった磁場があることを示すものになったということです。

この結果は、クエーサー近傍の磁場構造を探る手がかりになるんですねー

一般に観測される電波の総強度に対して、
偏波の強度は数％以下と非常に弱いものになります。

なので、偏波を精度良く観測するには高い感度が必要になり、
アルマ望遠鏡の偏波観測の性能が非常に高いことを、
今回の観測をもとに確認することが出来たということです。


こちらの記事もどうぞ　⇒　太陽の磁力線の可視化に成功。