PSR B1919+21

PSR B1919+21は、こぎつね座の方向、地球からおよそ2300光年の距離に位置する中性子星であり、天文学の歴史において初めてその存在が確認されたパルサーとして極めて重要な天体です。その発見は、それまで知られていなかった新たな種類の天体の存在を明らかにしました。

概要

この中性子星は、約1.337秒という驚異的な速さで自転しています。そこから観測される電波パルスは、わずか0.04秒ほどの短い時間で現れます。天体カタログでの名称は、観測された時期の座標元期によって異なります。旧来の元期B1950.0に基づく名称が「PSR B1919+21」（あるいはCP 1919）ですが、現在の標準的な元期J2000.0に基づく名称は「PSR J1921+2153」となります。

PSR B1919+21の物理的な特徴は極限的です。質量は太陽の約1.4倍にも達する一方で、直径は太陽のわずか10万分の1程度と考えられています。この極端な質量集中により、その密度は1立方センチメートルあたり実に7億トンを超えるという想像を絶する値になります。また、この天体の年齢はおよそ1600万年と推定されています。表面の重力は地球の2000億倍という途方もない強さであり、そこから脱出するためには光速の約3分の2という速度が必要です。

特に注目すべきは、その自転周期の極めて高い精度です。正確な自転周期は1.337301192269秒（誤差は100億分の1秒以下）であり、これほどまで精密かつ安定した周期性は、発見当初の天文学者たちを大いに驚かせ、その正体について様々な推測を呼ぶこととなりました。

発見の歴史

PSR B1919+21の発見は、1967年にイギリスのケンブリッジ大学で行われました。アントニー・ヒューイッシュ教授と、当時大学院生として彼の研究室に所属していたジョスリン・ベル・バーネルによって成し遂げられた、科学史上の画期的な出来事です。彼らは、ケンブリッジ大学構内に設置されていた、テニスコート57面分に相当する広大な電波望遠鏡（81.5 MHz帯で観測）を用いて、当時関心が集まっていたクエーサーからの微弱な電波信号を詳細に観測していました。

その観測データの中に、彼らは従来の天体観測では考えられなかった、数秒間隔で繰り返される極めて規則的な電波パルスを発見しました。この信号源の位置を特定するため、信号強度の時間的な変化を追跡した結果、その周期が通常の24時間（太陽日）ではなく、天体の位置に対する周期である恒星日（約23時間56分）に基づいていることが明らかになりました。これは、信号源が地球上ではなく、宇宙空間にある天体であることを強く示唆していました。

彼らが記録した膨大な観測グラフ用紙（長さ121.8メートル）上で、この特異な信号が現れたのはわずか2.5センチメートルほどの範囲でしたが、そのパルス間隔は正確に1.3373011922秒でした。100億分の1秒の精度で繰り返される、あまりにも規則的な周期性であったため、当初は地球外文明、いわゆる「リトル・グリーン・メン」からの意図的な信号ではないかという推測さえなされ、「LGM-1」という仮称が付けられるほどでした。

しかし、その後の理論的な進展や、他の同様な信号源の発見によって、この信号の正体は、高速で自転する中性子星がその強い磁場から放出する電波ビームが、自転に伴って周期的に地球の方向を向くことによって生じるパルスであることが解明されました。これにより、「LGM-1」は天体の座標を示す「CP 1919」（ケンブリッジ・パルサー、赤経19時19分、元期B1950.0）と改称され、このような周期的な電波源を発する天体群は新たに「パルサー」と名付けられることになります。

アントニー・ヒューイッシュ教授は、このパルサー発見という天文学における重要な業績が評価され、1974年にノーベル物理学賞を受賞しました。ただし、共同発見者であったジョスリン・ベル・バーネルが受賞対象から外れたことは、後に議論を呼びました。

その他

PSR B1919+21の観測データ、特に初期の記録に見られるパルスの波形は、その科学的な重要性に加えて、文化的な影響も与えています。例えば、イギリスのポストパンクバンドであるジョイ・ディヴィジョンは、1979年にリリースしたデビューアルバム「アンノウン・プレジャーズ」の象徴的なジャケットデザインに、PSR B1919+21のパルス波形を視覚化した画像を使用しました。これは、未知の天体からの信号というミステリアスなイメージとバンドの音楽性が結びついた例として知られています。

PSR B1919+21の発見は、中性子星やブラックホールといったコンパクト天体の研究を大きく進展させ、現代天体物理学の発展に不可欠な基礎を築きました。現在でも、パルサーは宇宙の様々な現象を解明するための重要なツールとして研究されています。

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