ほぼ 40 年前、地球の住民は珍しい宇宙の光景、つまり肉眼でも見える空で爆発する星を目の当たりにしました。超新星 1987A (SN 1987A) と呼ばれるこの現象は、過去 4 世紀で最も接近した現象でした。天文学者たちは恒星の残骸を観察しようとして以来、超新星の中心近くに、放射性の灰と白熱ガスの膨張する星雲に包まれた状態で潜んでいるに違いないと知っていた。今回、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) の力のおかげで、科学者チームはついにこのとらえどころのない採石場を発見し、爆発によって星の光を飲み込むブラックホールではなく、非常に密度の高い中性子星が生じたという疑惑を裏付けた。
この発見は木曜日に発表された。 科学JWST の前例のない赤外線機能を使用して、SN 1987A を囲むベールを突き破り、文字通り新しい光で見ることができます。スウェーデンのストックホルム大学のクレス・フランソン率いる天文学者らは、星の消滅によって残された残骸の中心部を覗いて、イオン化した有機体と硫黄の痕跡、つまり電子が剥ぎ取られるほど何らかの外力によって激しく揺さぶられた元素の証拠を見つけた。これらのエネルギー元素は、近くの中性子星からの強い紫外線や X 線の衝突によって生成されない限り、SN 1987A の「爆心地」の近くに存在するとは予想されません。放射線のバーストを吐き出すフィーダーブラックホールも結果を説明できる可能性があるが、30年以上の観測ではSN 1987Aの内部にそのようなものの他の兆候を明らかにすることができず、JWSTの結果は中性子星の存在のほぼ確実な証拠となっている。
ウェールズのカーディフ大学の天体物理学者、松浦美加子氏は「非常にエキサイティングだ」と語る。松浦氏はこの研究には関与しておらず、2019年にこの超新星から中性子星が見つかる可能性を示唆していた。 「これはおそらく、超新星 1987A に中性子星が存在したことを示す最も強力な証拠です。」
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SN 1987A は、1987 年 2 月 23 日に、地球から約 16 万光年離れた天の川銀河の矮小衛星銀河である大マゼラン雲で爆発しました。約2万光年離れた銀河系内で星が爆発した1604年のケプラーの超新星以来、これほど地球の近くで超新星が観測されたことはない。 SN 1987A は当初、空の突然の明るさによって検出されましたが、超新星爆発の最初の兆候は、光が点滅する数時間前に地球上に押し寄せたニュートリノの爆発によってもたらされることが示されました。このバーストは地球上に点在する中性子星観測所で記録され、散在する星の残骸のどこかに中性子星が形成されたことの明らかな証拠でした。さらなる分析により、SN 1987A の祖先は太陽の約 18 倍の質量を持つ青色巨星である可能性が高いことが明らかになり、中性子星であるとの主張が強まりました。これは重いですが、ブラックホールを容易に形成するにはまだ軽すぎます。
超新星は主に 2 つの方法で発生します。1 つは、星が小さな伴星から物質を吸い込みすぎて爆発し、その結果ケプラーの超新星などの Ia 型超新星が発生する場合です。 2 番目のタイプの超新星 (SN 1987A のようなタイプ II 超新星) は、非常に重い星が、その深部から噴出する光の外向きの圧力によって自重で崩壊しないように保たれているが、突然中心部の燃料がなくなると発生します。それを支える過剰な星の光がないと、星の外層は内側に落ちて核に落ち、その後戻ってきて外側に爆発し、衝撃波が周囲の物質に散乱します。このプロセスにより、銀河全体の星よりも多くの光が急速に放射され、太陽の質量の核が都市ほどの大きさの超高密度の球、つまり中性子星に砕かれます。最初の星が非常に質量が大きかった (太陽質量 20 個以上) 場合、後に形成されたより重い中性子星が崩壊してブラック ホールになります。
これほど比較的近い中性子星は科学的に興味深いと、この研究には関与していない英国のセントラル・ランカシャー大学のジョーン・プレジャー氏は言う。 「中性子星では物理学が異なります」と彼女は言い、これらの天体の極度の重力場が内部を圧迫して物質のエキゾチックな状態を作り出し、周囲の時空構造を大きく歪ませると指摘する。 「中性子星、特に近くの中性子星を検出できれば、よく研究でき、実験室では再現できない領域の物理法則を理解し始めることができます。」
天文学者たちはすでにSN 1987Aがブラックホールを残していないのではないかと疑っていましたが、それを確かめたかったのです。フランソン氏らは、JWSTが初めて科学活動を開始した2022年7月に、超新星中心近くでイオン化したアルゴンと硫黄の特徴的な痕跡を観測した。 」[SN 1987A] は最初に観測された天体の一つでした」と、JWST が超新星爆発の余波を約 10 時間調査しながらフランソン氏は語った。
「それらを生み出すことができる唯一のエネルギー源 [signs] これは中性子星だ」と研究著者でアイルランドのメイヌース大学のパトリック・カバナー氏は言う。黒人が同じことをするには、証拠のない別の星などの物質を供給源から絶たなければならないだろう。「私たちはあらゆる可能性を確実に評価した。星の存在を除いては」とカバナー氏は言う。
イオン化した物質から放出される光を注意深く分析すると、中性子星がSN 1987Aのちょうど中央にあるわけではないことがわかります。その代わりに、超新星からの「キック」を受けたため、わずかにオフセットされています。星が爆発したとき、少しでもバランスが崩れると、流出した物質の多くがどちらかの側に移動し、風船から卵が絞り出されるように中性子星が反対方向に反動する原因となります。観測によると、中性子星は大変動の発生地から約5000億キロメートル離れ、私たちに向かってわずかに移動している。 「キックの速度は秒速約 400 キロメートルです」とカバナー氏は言います。地球上の私たちにとっては想像を絶する速さですが、それでも広大な光年に比べれば氷河のように遅いのです。
明らかではないのは、SN 1987A の残骸がそうなるかどうかです。 のみ 中性子星。代わりに、それはパルサー、つまり非常に速く回転する中性子星であり、その極からエネルギーの流れを発射し、宇宙の灯台の光のように空の帯を横切ります。 「パルサーが存在する場合、ビームは私たちに向けられていないため、私たちはそれを検出できません」と天体物理学センターのイベット・サンズは言う。ハーバード大学とスミソニアン大学はこの研究には関与していませんでした。しかし、もしかしたら別の方法があるかもしれません。標準的な中性子星のシナリオでは、残骸の星からの計り知れない熱が非常に強烈であるため、イオン化したシリコンの標識が生成され、それが広がる雲の中でさらに遠くまで広がります。パルサーモデルでは、放出は熱ではなく、最も内側の破片を巻き上げる電子やその他の粒子の風によって制御されるが、イオン化したシリコンはさらに稀になるはずだ。したがって、SN 1987A の周囲のシリコンを検出してマッピングできれば、「この 2 つを区別できる」とカバナー氏は言います。 2023年の秋と今週初めにチームが行った未公開のJWST追跡観測にその答えが含まれている可能性がある。
これらの観測は、II型超新星爆発後の最も初期の瞬間についての新たな洞察を提供します。 「中性子星の形成をこれまで見たことがありません」とフランソン氏は言う。これで、JWST や他の望遠鏡を使ってこの若い宇宙天体をさらに研究することで、天文学者はこれらの不可解な星の出来事についてさらに詳しく知ることができるはずです。 「私たちの銀河系で超新星が現れるまでは、これが私たちがこれから持つであろう最もよく研究された銀河になるでしょう」とサンズ氏は言う。
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