カール・G・ジャンスキー超大型干渉電波望遠鏡群（VLA）を使う天文学者たちは、ガンマ線バーストの残光からセンチ波帯で初めて偏極した電波放射を検出し、その偏波の回転を測定した。これはバースト環境におけるファラデー回転の初検出にあたるとチームは述べている。この研究はアリゾナ大学のコリン・T・クリスティ氏が率いており、ユタ大学や他の機関の研究者らが参加している。論文は『Astrophysical Journal Letters』に投稿され、4月30日にarXivに公開された。
GRB 260310Aと指定されたこのバーストは、2026年3月10日04時57分（世界時）にフェルミ衛星のガンマ線バーストモニターを起動させた。その初期放射は約60秒続き、大質量星の崩壊によって生じる長継続型バーストに分類される。この解釈は、その後の可視光追観測で検出された超新星成分SN 2026fgkの出現によって支持された。赤方偏移0.153、およそ745メガパーセク（約24億光年）の距離にあるこのバーストは母銀河の外縁部に位置し、チームによれば数十年の間に観測された中で最も明るい電波残光の一つを生み出した。
チームは、トリガーから19.2日後の3月29日に、X帯、Ku帯、K帯をカバーする3時間の観測でVLAを用いて残光を観測した。11〜25 GHzの範囲で直線偏波の放射を検出した。電場が特定の方向に振動する放射の割合である偏波度は、周波数が下がるにつれて単調に減少し、25 GHzで(3.18±0.18)％、11 GHzで(0.69±0.22)％となった。9 GHzでは、信号は3σで0.6％という検出限界を下回った。
著者らは、この電波放射は角度構造を持つジェットの中で、崩壊によって放出されたジェット物質を逆向きに伝わる波である逆衝撃波が支配的だと考えている。偏波度が低周波数に向かって低下することは、放射領域が自身の放射に対して不透明になるシンクロトロン自己吸収と一致し、その自己吸収周波数は約(13.3±0.5) GHzで、全強度スペクトルのピークに一致する。
高周波数で測定された偏波度は、秩序立った磁場中のシンクロトロン放射についての理論的最大値である約72％と比べると低い。チームはこれを、磁場の向きが揃っていない、磁化されたジェット物質の多数の小さなパッチからの放射としてモデル化し、磁場のコヒーレンススケールは約100分の1ラジアン、寄与する独立したパッチはおよそ500個と推定している。このコヒーレンススケールは、電波領域におけるバースト残光の初の偏波検出であるGRB 190114Cの約1％のミリ波偏波の検出から推定された、およそ1000分の1ラジアンという値より一桁大きい。
2番目の結果は、偏波角が周波数とともに回転する現象、すなわちファラデー回転の兆候である。チームは回転量として、観測者系で-(6250±70)ラジアン毎平方メートル、バーストの静止系に補正した場合は-(8300±90)ラジアン毎平方メートルを測定した。ファラデー回転は、電波が磁化されたプラズマを通過する際に偏波角を回転させるもので、その大きさは視線方向の磁場強度と電子密度を反映する。
この視線方向における天の川銀河と銀河間物質からの寄与はおよそ10ラジアン毎平方メートルと見積もられ、測定値より2桁小さいため、著者らは回転がバースト自身の近傍で生じていると結論づけている。衝撃を受けた星周物質に伴うファラデースクリーンは約3ラジアン毎平方メートルしか生み出さず、はるかに小さい。その代わりに、測定された回転量は、親星の周囲にある電離水素からなる密度の高い磁化領域、すなわち長継続型バーストが形成されると考えられている種類のHII領域を通過することと整合すると、彼らは見出した。長継続型バーストのX線残光のモデリングでは、その親星はおよそ5〜100パーセクに広がり、自由電子密度が1立方センチメートルあたり100〜1万個の光電離領域の内部に置かれており、銀河系内のHII領域の磁場測定値はおよそ1〜100マイクロガウスの範囲にある。このような環境から予想される回転量はおよそ400〜8000万ラジアン毎平方メートルに及び、測定値を十分に含む。
HII領域という解釈はGRB 260310Aが大質量星を起源とすることと整合するが、著者らは単一の測定が確立できる内容について慎重だ。トリガーから2.89日後に行われたこのバーストの可視光偏光観測では、1.5％という上限値しか得られなかった。彼らは、その時点の可視光放射が逆衝撃波ではなく偏波の弱い前方衝撃波に由来していれば、これは自然に説明されると指摘している。また、回転量がHII領域によって生じているなら、それは時間的に一定に保たれるはずだと指摘し、この予測は今後数日から数週間にわたる多周波数偏波モニタリングによって検証できるとしている。検証の対象には、自己吸収周波数以下での偏波度の上昇という予測と、その周波数を境にした偏波角の90度の回転という予測も含まれる。
これらの結果は、ガンマ線バーストの残光がセンチ波帯で測定可能な偏波を示すこと、そしてその偏波がジェット内部の磁場構造と、放射が通過する磁化された媒質の両方に関する情報を担うことを示している。ファラデー回転がHII領域のシナリオが予測するように一定に保たれるかどうかは未解決の問いであり、チームは将来の観測が答えられるとしている。
雅子 訳
Sources
1. Christy et al., “First Detection of Faraday Rotation in a Gamma-Ray Burst Afterglow: Low Polarization and High Rotation Measure in GRB 260310A Reveal Jet Magnetic Structure and Environment,” arXiv:2604.27480: https://arxiv.org/abs/2604.27480
2. Universe Today, “Radio Array Detects Polarized Light From a GRB”: https://www.universetoday.com/articles/radio-array-detects-polarized-light-from-a-grb
3. NRAO, “Astronomers Detect Magnetic Fingerprint of a Cosmic Explosion for the First Time”: https://public.nrao.edu/news/gamma-ray-burst-vla/