研究概要

ガンマ線バースト（GRB）は、数秒から数分の短い時間スケールで ∼10⁵¹ erg もの巨大なエネルギーをガンマ線として放出する、謎に包まれた高エネルギー天体現象です。 GRB研究における重要な到達点として、その放射がローレンツ因子 Γ ≳ 100 に達する相対論的ジェットから生じているというコンセンサスが得られています。高エネルギー宇宙物理学における主要な課題の一つは、これら強力で高速な相対論的ジェットの加速および放射メカニズムを理解することです。これらの問題を解明するためには、ジェットに含まれる磁気エネルギー、静止質量エネルギー、および熱エネルギーの割合を知ることが不可欠です。私は、これらの割合を導出するには、エネルギー散逸領域におけるジェットの半径 R とローレンツ因子 Γ を推定することが重要であると考えています。

しかし、主なバースト（即時放射）はわずか 10–100 秒しか続かず、ガンマ線スペクトルからは明確な観測的特徴が得られないため、これらの物理量の推定は困難でした。その結果、この問題は数十年にわたり未解決のままとなっています。そこで私は、即時放射から 100–1000 秒後の時間帯に着目し、この問題に取り組んでいます。この時間帯には、X線望遠鏡によって X線フレア（XF）や長時間放射（EE）と呼ばれるジェット由来の放射が頻繁に検出されることから、ジェットおよび中心エンジンを研究する上でまたとない機会となります。

近年開発された SVOM や CTAO などの観測装置は数分以内で応答可能であり、紫外線や超高エネルギーガンマ線帯域でこれらの放射を検出できるため、XF や EE の最中のジェットを探査する新たな機会をもたらします。さらに、同時期の高エネルギーニュートリノ観測もまた、散逸メカニズムへのさらなる手がかりを提供する可能性があります。私の研究では、XF および EE の期間中における散逸領域からの多波長・マルチメッセンジャー信号を理論的に計算しています。その結果、超高エネルギーガンマ線、紫外線放射、および高エネルギーニュートリノが、散逸半径とローレンツ因子を制限する上で特に有用であることが示されています。これらの理論的予測を将来の XF や EE のマルチメッセンジャー観測と比較することは、GRB のジェット組成や中心エンジンの性質を解明する上で重要です。