NASAとJAXAのXRISMミッション、パルサーが伴星の「風」を集める様子を観測
XRISM が、パルサー GX 301-2 が青色超巨星 Wray 977 の星風を取り込む様子を初めて直接観測。降着円盤の 形成・崩壊、そして逆向きの再形成までを捉えた。
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天文学者たちは、日本主導の XRISM（X線分光撮像衛星）天文台のデータを使い、巨星が外へ放出する物質の流れ——星風——がそのコンパクトな伴星に捕らえられ、強いX線フレアを支えているようすを直接とらえた。この研究は、NASA が極限宇宙を探り、宇宙の仕組みへの理解を深める取り組みの一環だ。
「星風のプラズマがコンパクト天体へ落ちていく明確な兆候を、これまで見たことがなかった」と語るのは、UMBC（メリーランド大学ボルチモア郡校）とメリーランド州グリーンベルトの NASA ゴダード宇宙飛行センターに所属する Roi Rahin だ。「いまや、こうした過程についての理解をより細かいスケールで検証できる」
この発見をまとめた論文は金曜日、『Science Advances』に掲載された。
観測対象は BP Crucis。南十字座の方向、地球から約 13,000 光年の距離にある高質量X線連星だ。主星は Wray 977 と呼ばれる青色超巨星で、質量は太陽の約 40 倍、大きさは約 60 倍。あまりに巨大で高温、かつ明るいため、電離したガスが表面から絶えず流れ出している。天文学者はこれを星風と呼ぶ。
この BP Crucis 系の想像図は、パルサーが伴星——太陽の 40 倍の質量をもつ青色超巨星——から流れ出す高密度のプラズマ流を横切るようすを描いている。4 日ごとに訪れるこの横断のたびに、パルサーはガスの一部を吸い込み、X線の明るさが急上昇する。最初はガスがパルサーの周りで乱れた乱流の降着円盤をつくり、プラズマはらせんを描いてパルサーへ落ちていく。だがパルサーがプラズマ流の奥へ進むにつれ、角運動量が円盤を保つのに足りなくなり、円盤は崩れる。するとプラズマは直接パルサーへ落ち込む。そして横断の終わりが近づくと、今度はプラズマ流の向きのせいで、前の円盤とは逆方向に回る乱れた円盤が再び形成される。 NASA ゴダード宇宙飛行センター／概念画像研究所
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超巨星の伴星は GX 301-2 と呼ばれる小型で強力な中性子星だ。はるか昔に超新星として爆発した恒星の押しつぶされた核で、太陽質量を超える質量が直径約 12 マイル（20 キロメートル）の球に詰め込まれている。11 分ごとに 1 回転し、X線のビームを地球に向けて掃くことから、パルサーに分類される。
パルサーの 41.5 日の公転周期のうち、主星に近づく位置と遠ざかる位置のそれぞれ近くで、数日続く強いX線フレアが 1 回ずつ起きる。天文学者たちは、パルサーが主星に及ぼす重力の影響が、とりわけ高密度のプラズマ流を形づくると考えている。パルサーがこの流れを横切り、その一部を捕らえるとフレアが起きる。最も強い爆発は主星に近い側で起き、そこでは流れがより高密度だ。
研究チームは 2025 年 2 月 1 日、XRISM でこの系を観測し、強い方のフレアの終わりに近い約 16 時間をとらえた。天文台の Resolve 装置は NASAと JAXA（宇宙航空研究開発機構）が共同で開発したもので、きわめて精細なX線スペクトルをとらえ、急速に変化する輝線と吸収線を明らかにした。とくに高度に電離した鉄からの吸収線は、パルサーのかなり近くにあるプラズマの速度と向きを教えてくれる。
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Rahin はこれらのスペクトルを初めて見たとき、似たものをこれまで見たことがないと気づいた。科学文献を探し回ったが、同種の観測は見つからなかった。
「この観測が画期的であることは明らかでしたが、同時に、解析にはとりわけ細心の注意が必要だということも意味していました」と、共著者で、UMBC と NASA ゴダードに在籍したのち、現在はインドの Manipal Centre for Natural Sciences で助教を務める Nazma Islam は言う。「この高密度のプラズマ流が、中性子星のごく近くでどう振る舞うのかを見て取ることができました」
NASA-JAXA の XRISM 天文台に搭載された Resolve 装置がとらえた BP Crucis の高解像度X線スペクトル。図中で目立つ鉄の吸収線（破線）は低エネルギーの側へずれており（赤線）、これがガスの運動の向きと速さの両方を示している。観測から、ガスは時速約 335,000 マイル（540,000 キロメートル）でパルサーへ向かって動いていることがわかる。データと誤差棒は灰色、モデルスペクトルは薄い青で示す。ローマ数字は鉄原子の電離状態（各スペクトル線を生じるときに鉄原子が失っている電子の数）を表す。NASA ゴダード宇宙飛行センター、JAXA/NASA、Rahin ほか、2026 年
Rahin とチームは、観測した鉄の吸収線が実験室での測定結果より低エネルギーの側へずれていることを見いだした。このずれは赤方偏移と呼ばれ、ガスが観測者から遠ざかっていること、つまりガスがパルサーへ流れ込んでいることを意味する。赤方偏移の大きさはプラズマの速度を反映する。チームの解析によれば、ガスは時速約 335,000 マイル（540,000 キロメートル）でパルサーへ向かって突進している。
研究者の説明はこうだ。パルサーが星流に入ると、ガスを厚く乱れた乱流円盤にかき集める。ガスは円盤面に沿って内側へ螺旋状に落ち込み、加熱されてX線を放ち、フレアのエネルギー源になる。
パルサーが星流の奥へ進むにつれ、乱流円盤は崩れ始める。天文学者たちは、パルサーがより直接的に流れに向かって進むと、星流は円盤を維持するのに必要な角運動量を持たなくなると考えている。円盤が散逸すれば、プラズマは中性子星へ直接流れ込む。XRISMの観測は、この段階が終わりに近づいたころに行われた。
その後、パルサーが星流の末端に近づくと、乱れた円盤が一時的に再び現れるが、今度は回転方向が逆になっている。やがてパルサーが星流を離れるとともに、それも消える。パルサーが星流全体を通過するにはおよそ4日かかる。
「BP Crucis系は星風降着パルサーを研究する理想的な実験室であり、XRISMの高感度・高分解能のResolve分光器は、関連する過程の理解を前進させる理想的な装置です」と、NASAゴダードにおける同ミッションのプロジェクト科学者Brian Williamsは言う。
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