マグネター
マグネター（英: Magnetar）とは、宇宙に存在する中性子星の中でも、他の追随を許さないほど強力な磁場を持つ特別な天体です。その特徴的な磁場のエネルギーが衰退する際に、莫大な量の高エネルギー電磁波、特にX線やガンマ線が放出されます。
このマグネターの存在理論は、1992年に天体物理学者のロバート・ダンカンとクリストファー・トンプソンによって初めて体系的に提唱されました。彼らの説が発表されてからの約10年間で、それまで正体が謎とされていた軟ガンマ線リピーター（SGRs）や異常X線パルサー（AXPs）といった変動天体の物理的なメカニズムとして、広く受け入れられるようになりました。
巨大な恒星がその一生の最後に超新星爆発を起こし、中心核が自重によって収縮して中性子星が誕生する際、元の恒星が持っていた磁場は圧縮され、その強度が飛躍的に増大します。例えば、長さのスケールが半分になると磁場強度は4倍になります。ダンカンとトンプソンの計算によれば、通常の中性子星でも約10⁸テスラ（T）という途方もない磁場を持ちますが、特定の条件下ではこれがさらに桁違いに増幅され、10¹¹ Tを超える極端な磁場を持つ中性子星が生まれる可能性が示されました。このような、とりわけ強い磁場を持つ中性子星こそがマグネターです。
マグネターが形成されるには、超新星爆発前の恒星が既に速い自転速度と強い磁場を持っていたことが条件になると考えられています。超新星爆発で質量の約10%が失われる中、さらに質量の大部分（推定約80%）を失うことで、大きな星（太陽の10～30倍程度）がブラックホールではなく中性子星となることも重要です。
全ての超新星爆発がマグネターを生み出すわけではありません。見積もりでは、標準的なパルサーなど他の中性子星が誕生する場合に対し、およそ10回に1回の割合でマグネターが形成されると予測されています。マグネターの極端な磁場は、誕生直後の約10秒間という短い時間で、中性子星内部における核物質の活発な対流運動によって生じるダイナモ効果（流体の運動が磁場を生み出すメカニズム）によって生成されると考えられています。中性子星が対流速度と同程度の速さ（約10ミリ秒で一回転するような速度）で自転していると、対流が星全体に広がり、その運動エネルギーが多く磁場強度に変換されるため、強力な磁場が生まれると推測されています。
マグネターの外層は、主に鉄などの重元素からなる高温のプラズマで構成されており、ここに蓄積された磁場の張力が限界に達すると、星の表面や内部で巨大な揺れ、すなわち「星震」（Starquake）が発生することがあります。この星震は極めて大きなエネルギーを放出し、X線やガンマ線バーストとして観測されます。この状態にあるマグネターは、天文学では軟ガンマ線リピーター（SGR）と呼ばれています。
SGRとして観測される期間は比較的短いとされています。星震が起きるたびにエネルギーや物質が大規模に放出され、これらの物質は強力な磁場に束縛されつつも、数分のうちに散逸します。径方向に放出された物質は角運動量の損失を招き、その結果、マグネターの自転速度は減速します。マグネターは、その極端な磁場ゆえに、他の中性子星よりも急速に自転速度が遅くなる傾向があります。
自転が遅くなると、磁場自体も次第に弱まっていきます。およそ1万年ほどが経過すると、強力な星震はほとんど起こらなくなると考えられています。しかし、この段階でも中性子星は引き続きX線を放射しており、研究者はこの時期の天体が異常X線パルサー（AXP）として観測されているものと推測しています。AXPとしての活動もさらに約1万年続いた後、マグネターは完全に活動を停止し、通常の（ただし非常に強い磁場を持つ）中性子星へと落ち着くと考えられています。
過去には、2004年12月27日に観測されたSGR 1806-20の大規模な星震のように、非常に強力なガンマ線バーストが地球でも直接観測された例があります。現在までに、約11個の軟ガンマ線リピーターと12個の異常X線パルサーが確認されており、さらに多くの候補天体が存在します。今後の観測技術の進展により、さらに多くのマグネターやその活動が明らかになると期待されています。
マグネターが持つ10¹⁰ T（10ギガテスラ）を超える磁場は、想像を絶する強さです。これは、たとえるなら地球から月までの距離の半分（約19万キロメートル）にあっても、クレジットカードの磁気記録を消去してしまうほどの強さです。身近な磁石と比較すると、強力なネオジム磁石の磁場が約1 T程度、地球の磁場がわずか数十マイクロテスラ（μT）であることを考えると、マグネターの磁場がいかに桁違いであるかが分かります。
実験室で作り出せる最も強い磁場は、定常磁場で数十T、パルス磁場でも数百T程度が限界です。これに対し、マグネターの磁場ははるかに強力です。約10⁵ Tの磁場では、水素原子中の電子が原子核から受ける電気的な力（クーロン力）と、磁場から受ける力が同程度になります。これを超える磁場環境では、電子のエネルギー準位が劇的に変化し（ランダウ準位）、私たちが知っている通常の化学反応は通用しなくなります。
さらに驚くべきことに、マグネターの磁場は、星から約1000キロメートル離れた距離でも生命にとって致死的な影響を及ぼすと考えられています。水の持つ反磁性によって細胞組織が破壊される可能性があるためです。皮肉なことに、この距離ではマグネターの強大な重力による潮汐力もまた、あらゆる物体を引き裂くほどの致死的な力となります。
このマグネターの存在理論は、1992年に天体物理学者のロバート・ダンカンとクリストファー・トンプソンによって初めて体系的に提唱されました。彼らの説が発表されてからの約10年間で、それまで正体が謎とされていた軟ガンマ線リピーター（SGRs）や異常X線パルサー（AXPs）といった変動天体の物理的なメカニズムとして、広く受け入れられるようになりました。
マグネターの形成
巨大な恒星がその一生の最後に超新星爆発を起こし、中心核が自重によって収縮して中性子星が誕生する際、元の恒星が持っていた磁場は圧縮され、その強度が飛躍的に増大します。例えば、長さのスケールが半分になると磁場強度は4倍になります。ダンカンとトンプソンの計算によれば、通常の中性子星でも約10⁸テスラ（T）という途方もない磁場を持ちますが、特定の条件下ではこれがさらに桁違いに増幅され、10¹¹ Tを超える極端な磁場を持つ中性子星が生まれる可能性が示されました。このような、とりわけ強い磁場を持つ中性子星こそがマグネターです。
マグネターが形成されるには、超新星爆発前の恒星が既に速い自転速度と強い磁場を持っていたことが条件になると考えられています。超新星爆発で質量の約10%が失われる中、さらに質量の大部分（推定約80%）を失うことで、大きな星（太陽の10～30倍程度）がブラックホールではなく中性子星となることも重要です。
全ての超新星爆発がマグネターを生み出すわけではありません。見積もりでは、標準的なパルサーなど他の中性子星が誕生する場合に対し、およそ10回に1回の割合でマグネターが形成されると予測されています。マグネターの極端な磁場は、誕生直後の約10秒間という短い時間で、中性子星内部における核物質の活発な対流運動によって生じるダイナモ効果（流体の運動が磁場を生み出すメカニズム）によって生成されると考えられています。中性子星が対流速度と同程度の速さ（約10ミリ秒で一回転するような速度）で自転していると、対流が星全体に広がり、その運動エネルギーが多く磁場強度に変換されるため、強力な磁場が生まれると推測されています。
活動と寿命
マグネターの外層は、主に鉄などの重元素からなる高温のプラズマで構成されており、ここに蓄積された磁場の張力が限界に達すると、星の表面や内部で巨大な揺れ、すなわち「星震」（Starquake）が発生することがあります。この星震は極めて大きなエネルギーを放出し、X線やガンマ線バーストとして観測されます。この状態にあるマグネターは、天文学では軟ガンマ線リピーター（SGR）と呼ばれています。
SGRとして観測される期間は比較的短いとされています。星震が起きるたびにエネルギーや物質が大規模に放出され、これらの物質は強力な磁場に束縛されつつも、数分のうちに散逸します。径方向に放出された物質は角運動量の損失を招き、その結果、マグネターの自転速度は減速します。マグネターは、その極端な磁場ゆえに、他の中性子星よりも急速に自転速度が遅くなる傾向があります。
自転が遅くなると、磁場自体も次第に弱まっていきます。およそ1万年ほどが経過すると、強力な星震はほとんど起こらなくなると考えられています。しかし、この段階でも中性子星は引き続きX線を放射しており、研究者はこの時期の天体が異常X線パルサー（AXP）として観測されているものと推測しています。AXPとしての活動もさらに約1万年続いた後、マグネターは完全に活動を停止し、通常の（ただし非常に強い磁場を持つ）中性子星へと落ち着くと考えられています。
過去には、2004年12月27日に観測されたSGR 1806-20の大規模な星震のように、非常に強力なガンマ線バーストが地球でも直接観測された例があります。現在までに、約11個の軟ガンマ線リピーターと12個の異常X線パルサーが確認されており、さらに多くの候補天体が存在します。今後の観測技術の進展により、さらに多くのマグネターやその活動が明らかになると期待されています。
極限的な磁場の影響
マグネターが持つ10¹⁰ T（10ギガテスラ）を超える磁場は、想像を絶する強さです。これは、たとえるなら地球から月までの距離の半分（約19万キロメートル）にあっても、クレジットカードの磁気記録を消去してしまうほどの強さです。身近な磁石と比較すると、強力なネオジム磁石の磁場が約1 T程度、地球の磁場がわずか数十マイクロテスラ（μT）であることを考えると、マグネターの磁場がいかに桁違いであるかが分かります。
実験室で作り出せる最も強い磁場は、定常磁場で数十T、パルス磁場でも数百T程度が限界です。これに対し、マグネターの磁場ははるかに強力です。約10⁵ Tの磁場では、水素原子中の電子が原子核から受ける電気的な力（クーロン力）と、磁場から受ける力が同程度になります。これを超える磁場環境では、電子のエネルギー準位が劇的に変化し（ランダウ準位）、私たちが知っている通常の化学反応は通用しなくなります。
さらに驚くべきことに、マグネターの磁場は、星から約1000キロメートル離れた距離でも生命にとって致死的な影響を及ぼすと考えられています。水の持つ反磁性によって細胞組織が破壊される可能性があるためです。皮肉なことに、この距離ではマグネターの強大な重力による潮汐力もまた、あらゆる物体を引き裂くほどの致死的な力となります。
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