有名な超新星爆発の謎：天文学者はついに17万光年離れた謎の天体の真の姿を目にする

星の進化と運命はその質量と密接に関係しています。星の質量は一般に太陽の質量で測定され、およそ 2*10^30kg です。現代宇宙の標準モデルでは、中型および大型の恒星の進化の後期に超新星爆発が発生し、最終的にその中心核に高密度の天体が残るとされています。

太陽のような質量を持つ星は、宇宙の中では比較的小さな星としか考えられません。進化の最後には超新星爆発は起こらず、中心核が崩壊して白色矮星となる。超新星爆発は、太陽の8倍以上の質量を持つ恒星が死ぬときに起こります。太陽の 30 倍未満の質量を持つ恒星の場合、超新星爆発によって中心核に中性子星が残ることがあります。太陽の30倍以上の質量を持つ星はブラックホールを残す可能性があります。

白色矮星、中性子星、ブラックホールはいずれも高密度の天体であり、それぞれが他の天体よりも小さく、質量が大きいため、密度もどんどん高くなっています。白色矮星は地球とほぼ同じ大きさですが、質量は太陽の0.5～1.4倍、密度は1立方センチメートルあたり1～10トンです。中性子星の直径はわずか 10 ～ 30 キロメートルで、密度は 1 立方センチメートルあたり 100 ～ 10 億トンという驚異的な値です。ブラックホールの中心核は無限に小さい特異点であるため、その密度は無限大であり、新たに生成される種ブラックホールの質量は太陽の約3～10倍になります。

当初、これらは重力場理論に基づいた理論的な推測でした。宇宙観測能力の向上により、白色矮星や中性子星、ブラックホールなど不思議な天体が宇宙に実在することが発見され、その数はどんどん増えています。これらは共通の天体です。しかし、これらの天体が本当に超新星爆発後に出現したという証拠はなかった。

最近、これまでで最も強力なウェッブ望遠鏡とその前身であるハッブル望遠鏡が、超新星1987Aを観測し、観測写真とデータを組み合わせることで、歴史上最も有名なこの超新星の中心核の謎を解き明かし、その中心に確かに中性子星があることを確認しました。

超新星1987Aは、約16万光年離れた天の川銀河の衛星銀河である大マゼラン雲の中心で発生した爆発でした。つまり、超新星爆発からの光は16万年かけて旅し、1987年2月に地球に到達し、望遠鏡で捉えられたのです。

これは、1604年以来人類が観測した最も近くて明るい超新星です。科学者たちは37年間この超新星を研究してきましたが、その中心にコンパクトな天体があるかどうかは解明できていません。観測されたニュートリノ波から、直径約20キロメートルの中性子星が生成された可能性があるが、これらの手がかりだけで確実な結論を導くことは難しく、さまざまな可能性が議論されている。

これまでで最も強力な宇宙望遠鏡であるジェイムズ・ウェッブが2021年に打ち上げられ、人類の観測能力が大幅に向上しました。深宇宙での新たな発見は人々を驚かせ続けており、1987A 超新星の研究のための追加チップも提供しています。ウェッブ望遠鏡はさまざまな帯域の電磁波を観測でき、従来の望遠鏡よりも解像度が高くなっています。 2022年7月、ウェッブ望遠鏡は1987Aを9時間にわたって観測し、画期的な発見をしました。

ウェッブ望遠鏡による観測により、超新星1987Aの中心核には電離したアルゴンと硫黄のガスが存在することが発見されました。これらのガスは中性子星によってのみ発生し、これらの原子が中性子星の放射線によってイオン化された証拠となります。したがって、それらは中性子星の存在の「指紋」とみなすことができます。これは、超新星 1987A の中心に中性子星が存在することを示す、これまでで最も強力な証拠であると判断できます。

中性子星は非常に小さく、比喩的に言えば、地球上の小規模または中規模の都市に相当し、宇宙では単なる塵の粒にすぎません。これまでに発見された最も近い中性子星は地球から数百光年離れているため、これまで直接観測することはできなかった。しかし、イカ板中性子星には独自の特性があり、特に、灯台のように宇宙を横切る強力な電磁放射が特徴である。それが地球を横切るとき、電波望遠鏡によって捉えられます。その結果、何千もの中性子星が発見されました。

超新星が爆発すると、中心核は塵に覆われ、通常の望遠鏡では中心核を見ることが難しくなります。ウェッブ望遠鏡の赤外線観測は霧を突き抜けて真実を捉えることができ、何十年も科学者を悩ませてきた観測の謎を解くことができる。 「これは爆発以来ずっと探していたもので、今や見つけた」とアイルランドのメイヌース大学の天体物理学者パトリック・カバナ氏は語った。

この研究は世界的に有名な科学誌「サイエンス」に掲載された。研究チームの一員で、ストックホルムのKTH王立工科大学の天体物理学者ヨセフィン・ラーソン氏は、「データの質は非常に高く、予想をはるかに上回っている」と語った。もう一人の天体物理学者、松浦美加子氏は「JWST（ウェッブ望遠鏡）は、このような発見をもたらすことができる本当に素晴らしい望遠鏡です」と語った。

この発見の重要性は極めて大きい。これは、真の科学理論が実践と時間の試練に耐えられることを証明しています。広大な宇宙と広大な星空には、数え切れないほどの驚異と秘密が隠されています。科学理論では、ホワイトホールやワームホールなど、まだ確認されていない事柄も多く予測されています。

もちろん、この発見の証拠はまだ間接的であり、これまでのところ、1987A の中心にある中性子星が実際にどのようなものかを見た望遠鏡はありません。しかし、超新星が拡大し続けると、中心核を塞いでいる塵は薄くなり、消散します。科学者たちは、中心核にある中性子星が最終的には露出し、観測からさらに多くの手がかりが得られるだろうと確信している。楽しみにしていましょう。

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参考リンク: https://www.nature.com/articles/d41586-024-00528-4?utm_source=Live+Audience&utm_campaign=d9ad4e8e7d-briefing-dy-20240226&utm_medium=email&utm_term=0_b27a691814-d9ad4e8e7d-51426400