宇宙の神秘。破滅エンドからまったく新しいタイプの天体が生まれていた

星の画像
Image: XMM-Newton/ESA/L. Oskinova/University of Potsdam via Gizmodo US

存在してはならないはずの星(理論上は)。

ポツダム大学所属の宇宙物理学者・Lidia Oskinova博士ほか4名の科学者たちが、これまで観測されたことのないまったく新しいタイプの天体を発見したと学術誌『Astronomy & Astrophysics』で報告しています。

破滅的でしかないと思われていた超新星爆発が、じつは新しい天体の誕生に寄与していたかもしれないとのこと。宇宙ってほんと奥が深い!

超新星爆発にいたるまで


2019年に発見されたIRAS 00500+6713星雲は、ふたつの白色矮星から成る連星系の超新星爆発(Ia型超新星)の名残りだと考えられていました。

「連星」とはふたつ、もしくはそれ以上の恒星が重力で引きつけ合い、お互いのまわりを回り合っているシステムです。宇宙では太陽のように孤立した星のほうがめずらしく、恒星の半数以上が連星系なんだとか。

Ia型超新星爆発にいたるまでの経緯はこうです。まず、連星のうち大きいほう(主星)が年老いて赤色巨星となります。すると主星のガスが徐々に宇宙空間にはぎ取られていって惑星状星雲を形成すると同時に、主星そのものは白色矮星にちぢんでしまいます。するとやがて小さいほう(伴星)も赤色巨星になってガスをばらまき始めるのですが、そのガスの一部が主星へと流れこむと質量転移が起こります。ここまでくるともう超新星爆発の一歩手前。伴星から主星へ流れ込んだ物質が降着して熱され、核融合が開始される温度を超えると、熱暴走が起こって一気に大爆発が起きます。主星は粉々に砕け散り、伴星は激しい衝撃波によって吹き飛ばされてしまうことも。

IRAS 00500+6713もこのような運命をたどったと考えられているのですが、奇妙なことに、主星は完全に破壊されないまま残りました。それどころか、これまで観測されたことのない新しいタイプの天体へと変貌を遂げていたらしいことがわかったのです。

直接研究には携わっていないカリフォルニア大学サンタクルーズ校の理論宇宙物理学者・Josiah Shwab氏いわく、この発見は「超新星爆発を起こした天体が完全には崩壊しないシナリオもあることを裏付けるエビデンス」だと説明しています。では、その新しいタイプの天体ってどんなものなんでしょうか?

非常に変わった星


発見された当初からIRAS 00500+6713はちょっと変わった存在でした。球状の星雲の中心部に埋めこまれている主星・J005311は、光学スペクトルの分析から非常に高温で、かつ炭素と酸素に富んでいることがわかりました。主星の表面では秒速1万6000kmという驚異的な速度の対流が生じていることも判明。さらに、赤外線観測の結果からはどうも白色矮星にしては明るすぎることもわかっていました。

さらに情報を得るために、Oskinova博士たちは欧州宇宙機関のXMM-Newton観測衛星を使ってX線観測を行ない、IRAS 00500+6713の化学組織を調べました。すると「全体的に多くのNe(ネオン)・S(硫黄)・Si(ケイ素)を含んでいることがわかったほか、星雲は数百万度に熱された高温のガスで構成され、主星とともに大量のX線を放出している」ことを突き止めたそうです。

この発見について、Oskinova博士はメールで「IRAS 00500+6713はまったく新しいタイプの天体。ほかに同様の特徴を持った天体を知りませんし、非常に変わった星だと言えるでしょう」と説明しています。

観測からは天体の質量まではわからなかったものの、高い光度から察するに白色矮星の限界値である1.4太陽質量より重いと考えられるそうです。1.4太陽質量よりも重い星は、いずれ自らの重力によって押しつぶされ、中性子星へと姿を変えます。

ということは、J005311は白色矮星から中性子星へ変貌する過程にあるのかも。白色矮星でも中性子星でもないこの天体に、まだ名前はありません。

重力崩壊まであと1,000年


今回の研究で得られた情報からは、こんなシナリオが想起されるそうです。

IRAS 00500+6713は、O(酸素)・Ne(ネオン)が豊富な白色矮星と、C(炭素)・O(酸素)が豊富な白色矮星との融合により誕生しました。炭素燃焼ののち超新星爆発が起こったものの、主星を完全に破壊するにはいたりませんでした。主星は今後1,000年ほどかけて徐々に重力崩壊し、ふたつめの超新星爆発を経てやがては中性子星になリます。

当初考えられていたIa型超新星爆発とはひと味違ったシナリオ。IRAS 00500+6713は、今まで知られていなかった新しい天体であると同時に、まったく新しい超新星爆発の観測例でもあるのです。

観測されたのが今回初めてだったとはいえ、理論的にはIRAS 00500+6713のような天体がまだまたくさん存在していると考えられるそうです。ただ、短期間で白色矮星から中性子星へと進化してしまうため、見つけにくいだけなんだとか。

名前がなくても、観測例がなくても、星たちは今日もどこかで死に、どこかで誕生しています。IRAS 00500+6713がふたつめの超新星爆発を起こすまであと千年。その頃までに、人類は宇宙の謎をどれぐらい解き明かしているんでしょうか。

Reference: Astronomy & Astrophysics

当記事はギズモード・ジャパンの提供記事です。

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