Gamma Ray Astronomy

A new field of astronomy that studies celestial phenomena by observing gamma rays from space. Gamma rays are highly penetrating radiation and electromagnetic waves with short wavelengths. Their wavelengths are less than 1/50,000th of visible light, and when converted into energy, they often refer to electromagnetic waves of several hundred kiloelectronvolts (keV) or more.

Gamma-ray astronomy attracted attention earlier than X-ray astronomy, but did not develop rapidly due to the low intensity of gamma rays from space and the difficulty of detecting them. Later, gamma-ray astronomy satellites were launched in Europe and America, and gamma rays began to be observed from highly active celestial bodies. Recently, using the ground-based air shower method, ultra-high energy gamma rays of about 1 trillion electron volts have been successfully observed from BL Lac type active galaxies and single pulsars with short periods.

Today, gamma rays are observed from young pulsars and active galactic nuclei that also emit X-rays using rotational energy. Among them, those emitted from the pulsar in the Crab Nebula are typical, and it has become clear that many gamma-ray sources in the galaxy are related to supernova remnants. Gamma rays in the universe are thought to be produced by celestial bodies in a high-temperature, high-energy state or by collisions of high-energy particles. Therefore, it is thought that celestial bodies with neutron stars or black holes are involved in the generation of gamma rays. In addition, gamma rays from expanded space and background radiation have also been observed. These are interpreted as gamma rays generated by collisions of high-energy particles or gamma rays contributed by high-energy electrons. Recently, gamma rays associated with jets emitted from active galactic nuclei with giant black holes have also been observed.

Among the cosmic gamma-ray sources, there are celestial bodies that emit gamma rays for a few seconds, even though they do not emit radio waves or light normally. These are called gamma-ray bursts. The existence of gamma-ray bursts was announced in 1973, and since then, more than 2,000 have been found. However, because they are only emitted for a short time, it is difficult to pinpoint their location. The distribution of the more than 2,000 gamma-ray bursts in the sky is uniform across the entire sky. For this reason, it is believed that the source of gamma-ray bursts is from a distant celestial body outside the Milky Way. Recently, when the direction of a gamma-ray burst, determined with a positional accuracy of a few minutes, was observed using X-rays and light a few hours after the explosion, a faint afterglow was found. However, no known celestial body or galaxy has been found in that direction. The true nature of gamma-ray bursts is still shrouded in mystery.

[Masaru Matsuoka]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

宇宙からくるγ線を観測して天体現象を研究する天文学の新分野。γ線は透過性が強い放射線で、波長の短い電磁波である。その波長は可視光線の5万分の1以下、エネルギーに換算すると数百キロ電子ボルト（keV）以上の電磁波をさすことが多い。

　γ線天文学はX線天文学より早くから注目されていたが、宇宙からくるγ線の強度が弱いことと、検出の困難さのため、急速には発展しなかった。その後、ヨーロッパやアメリカでγ線天文衛星が打ち上げられ、活動性の高い天体からγ線が観測されるようになった。最近では地上の空気シャワー方式で、1兆電子ボルト程度の超高エネルギーγ線が、BL Lacタイプの活動銀河や周期の短い単独のパルサーからの観測に成功している。

　今日では、回転エネルギーを使ってX線も放出している若いパルサーや活動銀河核からγ線が観測されている。そのなかで、かに星雲のパルサーから発生するものは典型的なものであり、銀河系のγ線源の多くは、超新星の残骸(ざんがい)に関係していることが明らかになってきた。宇宙でのγ線は高温・高エネルギー状態にある天体や、高エネルギー粒子の衝突でつくられるとされている。したがって、中性子星やブラック・ホールを伴った天体がγ線の発生に関与していることが考えられる。このほか、広がった空間や背景放射のγ線も観測されている。これらは高エネルギー粒子の衝突で発生するγ線とか、高エネルギー電子が寄与するγ線と解釈されている。最近では、巨大ブラック・ホールをもつ活動銀河核から放出されるジェットに伴ったγ線も観測されている。

　宇宙γ線源のうち、普段はγ線はもちろんのこと、電波も光も検出されていない天体のなかに、数秒間爆発的にγ線を放出するものがある。これをγ線バーストとよぶ。γ線バーストの存在は1973年に発表され、それ以降、2000個以上みつかっているが、短時間しか放射されないため、その位置をつきとめることが困難である。2000個以上に及ぶγ線バーストの天空での分布は、全天に一様である。このことからγ線バースト源は銀河系外の遠い天体からのものであると考えられている。最近、数分角の位置精度で決めたγ線バーストの方向を、爆発の数時間後にX線や光で観測したところ、かすかな残光がみつかったものがある。しかし、その方向に既知の天体や銀河はみつかっていない。γ線バーストの正体はまだ謎に包まれている。

［松岡　勝］

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例