250万光年離れた星が静かに消え、ブラックホールに取って代わられた

この画像は、爆発せずに直接ブラックホールに変わった失敗した超新星を示しています。

宇宙の星々は、生命のサイクルを独自の方法で解釈します。通常、恒星の質量が太陽の8倍を超えると、その寿命の終わりに超新星爆発を起こして英雄的にその旅を終えます。

超新星爆発は非常に激しいため、放出される光は超新星がある銀河全体を照らし、数か月間続くことがあります。しかし、天文学者たちは最近、超新星爆発を起こさずに直接ブラックホールに崩壊した星を発見した。

消えゆく星

この珍しい星はM31-2014-DS1と呼ばれ、250万光年離れたアンドロメダ銀河にあります。

2014年、M31-2014-DS1という星が中間赤外線帯域で明るくなり始めたことが天文学者の注目を集めました。その後1,000日間、その明るさは安定したままでした。しかしその後、2016年から2019年までのさらに1,000日間にわたって、その明るさは劇的に低下しました。

2023年までに、この星は望遠鏡の視野から完全に消え、光学画像でも近赤外線画像でも発見できなくなりました。

研究者たちは、この星は誕生時には太陽の約20倍の質量があったが、その寿命の終わりには太陽の約6.7倍の質量しか残らなかったと考えている。観測により、M31-2014-DS1 は最近放出された塵の殻に囲まれていることも示されており、これは超新星爆発の特徴と一致しているが、光学バーストの証拠はない。

研究者たちは、「失敗した超新星」として知られる恒星の崩壊を目撃した可能性があると考えている。

250万光年離れたアンドロメダ銀河

星の運命

なぜ星はそのような運命をたどるのでしょうか?これは星の燃焼メカニズムから始まります。

星は核融合反応によって水素をヘリウムに変換し、膨大な量のエネルギーを放出します。水素燃料が枯渇すると、ヘリウムは融合を続け、最終的には鉄に至るまでさらに重い元素になります。

星の中心核が反応しない鉄で満たされると、核融合反応は継続できなくなり、星は外層の重力に対抗するのに十分なエネルギーを生成できなくなり、星は内側に崩壊し始めます。

ほとんどの場合、この崩壊は激しい超新星爆発を引き起こし、膨大な量のエネルギーが放出され、中性子星またはブラックホールが残る可能性があります。しかし、場合によっては、超新星爆発を起こせず、代わりにブラックホールに直接崩壊する可能性があり、これは「失敗した超新星」と呼ばれ、M31-2014-DS1 がそうである。

M31-2014-DS1 の消失は、科学者にとってこの珍しい現象を垣間見る貴重な機会となります。関連する研究論文は10月18日にarXivの「プレプリント」ウェブサイトで公開されました。

「失敗した」超新星はこれだけではない

「失敗した」または「失敗した」と疑われる超新星は、静かで隠れているため、何も起こらなかったかのように見えるため、通常は検出が困難です。一方、超新星は非常に明るく、空に突然現れるため、見逃すことは困難です。古代の天文学者は多くの超新星現象を記録しました。

NGC 6946 (別名「花火銀河」)

しかし、M31-2014-DS1は天文学者が発見した唯一の天体ではない。

2009年、天文学者は確認されたもう一つの「失敗した」超新星を発見した。これは、NGC 6946 銀河 (「花火銀河」としても知られる) に位置する超赤色巨星で、N6946-BH1 と名付けられ、その質量は太陽の約 25 個分に相当します。それが消えた後には、かすかな赤外線の光だけが残りました。 2009年にはその明るさが太陽の100万倍にまで急上昇したが、2015年には光学観測では確認できなくなった。

科学者たちはLBT大型双眼望遠鏡を使って27個の近隣の銀河を観測し、その中で静かに消えた巨大な星を探した。この結果は、大質量星の20%から30%が「失敗した」超新星になる可能性があることを示唆している。しかし、M31-2014-DS1 と N6946-BH1 は、これまでに確認された数少ない観測例の 1 つです。

参考文献

https://www.livescience.com/space/black-holes/extremely-rare-failed-supernova-may-have-erased-a-star-from-the-night-sky-without-a-trace

https://phys.org/news/2024-11-star-andromeda-birth-black-hole.html

編集者：劉雲

レビュー者: 北京天文館研究司書 Li Xin