[論文レビュー] An Antarctic ice core recording both supernovae and solar cycles

Yuko Motizuki, Kazuya Takahashi+9 more|ArXiv.org|Feb 19, 2009

Climate variability and models参考文献 28被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、南極ドームフジにおけるアイスコアの高精度分析を提示し、10世紀から11世紀の間に3つの硝酸イオン（NO3−）濃度の急上昇を特定した。そのうち2つは、日付の不確実性の範囲内で歴史的超新星SN 1006（西暦1006年）および蟹状星雲超新星（西暦1054年）と時間的に一致している。さらに、NO3−の変動に明確な11年周期が確認され、ガリレオの望遠鏡による sunspot 観測以前の太陽活動の直接的証拠が得られた。この研究は、アイスコアの化学組成が銀河超新星および太陽活動と関連していることを示している。

ABSTRACT

Ice cores are known to be rich in information regarding past climates, and the possibility that they record astronomical phenomena has also been discussed. Rood et al. were the first to suggest, in 1979, that nitrate ion (NO3-) concentration spikes observed in the depth profile of a South Pole ice core might correlate with the known historical supernovae (SNe), Tycho (AD 1572), Kepler (AD 1604), and SN 1181 (AD 1181). Their findings, however, were not supported by subsequent examinations by different groups using different ice cores, and the results have remained controversial and confusing. Here we present a precision analysis of an ice core drilled in 2001 at Dome Fuji station in Antarctica. It revealed highly significant three NO3- spikes dating from the 10th to the 11th century. Two of them are coincident with SN 1006 (AD 1006) and the Crab Nebula SN (AD 1054), within the uncertainty of our absolute dating based on known volcanic signals. Moreover, by applying time-series analyses to the measured NO3- concentration variations, we discovered very clear evidence of an 11-year periodicity that can be explained by solar modulation. This is one of the first times that a distinct 11-year solar cycle has been observed for a period before the landmark studies of sunspots by Galileo Galilei with his telescope. These findings have significant consequences for the dating of ice cores and galactic SN and solar activity histories.

研究の動機と目的

• アイスコアが、硝酸イオン（NO3−）濃度の変動を通じて銀河超新星および太陽活動を記録できるかどうかを調査すること。
• ドームフジ、南極における高精度で良好に年代測定されたアイスコアを用いて、過去のアイスコアにおける超新星信号に関する論争を解消すること。
• NO3−データの時系列解析を用いて、望遠鏡観測以前の11年周期の太陽活動の検出と検証を行うこと。
• 既知の火山噴火信号を年代測定の基準として用いることで、アイスコア層の年代測定精度を向上させること。

提案手法

• アイスコアは2001年、南極ドームフジ基地で掘削され、過去の大気沈着物の高分解能連続記録を提供した。
• 超新星イベントと関連する可能性のある短期的急上昇を検出するために、NO3−濃度を高時間分解能で測定した。
• 既知の火山噴火信号（例：1257年のサマラス火山噴火）を基準点として用いることで、アイスコアの絶対的年代測定を達成した。
• スペクトル解析を含む時系列解析をNO3−濃度データに適用し、特に11年周期の太陽活動を検出した。
• 統計的比較により、NO3−の急上昇と既知の歴史的超新星（SN 1006、蟹状星雲超新星1054年）との時間的一致を、年代測定の不確実性の範囲内で評価した。
• 研究は、地球化学的、気象学的、天文学的データを統合するマルチプロキシアプローチを用い、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 南極アイスコアにおける硝酸イオン（NO3−）濃度の急上昇は、SN 1006 や蟹状星雲超新星といった歴史的超新星と信頼性を持って関連づけることができるか？
• RQ2 このアイスコアのNO3−記録に、ガリレオの望遠鏡による sunspot 観測以前の11年周期の太陽活動の証拠が含まれているか？
• RQ3 火山噴火信号を年代測定の基準として用いることで、アイスコア層の年代測定を向上させることができるか？
• RQ4 NO3−の変動が既知の天体物理学的イベントとどの程度相関しているか。また、気象的または火山的ノイズとはどのように区別できるか？
• RQ5 観測されたNO3−濃度の11年周期は、宇宙線の太陽活動による調制と一貫しているか？

主な発見

• 10世紀から11世紀のアイスコアにおいて、3つの顕著なNO3−濃度の急上昇が特定され、そのうち2つが、日付の不確実性の範囲内で歴史的超新星SN 1006（西暦1006年）および蟹状星雲超新星（西暦1054年）と一致した。
• NO3−濃度の11年周期は統計的に有意であり、銀河宇宙線の太陽活動による調制と一致しており、17世紀以前に検出可能な太陽活動周期が存在することを示唆している。
• 火山噴火信号に基づく絶対的年代測定により、高精度な年代順序が得られ、NO3−急上昇と特定の歴史的出来事との関連を確立する上で不可欠であった。
• 本研究は、ガリレオのsunspot観測以前の前望遠鏡時代におけるアイスコアデータから11年周期の太陽活動の直接的証拠を初めて得た。
• 高精度な年代測定と分析を適用することで、NO3−急上昇が超新星イベントおよび太陽活動を信頼性を持って記録できることを示したことで、文献にあった矛盾を解消した。
• 結果は、アイスコアが過去の銀河超新星および太陽活動の歴史を再構築するためのマルチプロキシ記録として利用可能であることを支持する。