シリウスは超新星として爆発するでしょうか？爆発したらどうなるでしょうか？それは人間にどれほどの影響を与えるでしょうか?

タイトルは少し怖いかもしれませんが、この記事はシリウスが爆発するかどうかを問うことで、天文学の基本的な知識を広めることを目的としているだけなのでご安心ください。シリウスが爆発するかどうか、いつ爆発するかについては、この記事を読めば自然に分かるようになるでしょう。

シリウスが取り上げられる理由は、シリウスが本当に特別だからです。それは夜空で最も明るい星であり、私たちの非常に近くにある恒星系です。

まず恒星と惑星の違いについて話しましょう

シリウスが夜空で最も明るい天体であると言うとき、私たちは星のことを指しています。実際、夜空に見える星の中で、シリウスは最も明るい星ではありません。より明るい惑星がいくつかあるからです。星は、自ら熱と光を発生させることができる天体です。それらは惑星よりも何千倍も質量が大きい。たとえば、太陽は太陽系で唯一の恒星であり、その質量は地球の 33 万倍です。

したがって、惑星は恒星の衛星天体です。それ自体は光を発せず、太陽光を反射するだけです。しかし、非常に近いため、より明るく見えます。たとえば、夜間は遠くの自発光する光は見えませんが、家などの近くにある非発光物体は見えます。これも同じ原理です。

肉眼で見えるシリウスよりも明るい惑星は、金星、木星、火星、水星だけです。月は惑星ではありませんが、地球に最も近い惑星の衛星であり、夜空で最も明るい天体です。

一般的に言えば、星は非常に遠くにあり、私たちからの距離は光年で測定されます。

1光年は光が1年間に移動する距離で、約9兆4600億キロメートルです。地球に最も近い恒星は、4.3光年離れた三重星系であるアルファケンタウリです。太陽に最も近い 10 個の恒星系の中で、シリウスは 5 位にランクされています (恒星系に関しては、二重星系と三重星系は 1 つのランクとしてのみカウントされます)。

私たちに最も近い 10 個の恒星系のほとんどは赤色矮星、つまり太陽よりもはるかに質量が小さい恒星です。アルファケンタウリ系にのみ、太陽に匹敵する 2 つの星があります。シリウスは10の恒星系の中で最も質量が大きいため、最も明るいです。

恒星の進化には4つの結末があり、超新星爆発は2つの

恒星の進化の終わりには、一般的に 4 つの結末があります。1. 太陽よりもはるかに小さい赤色矮星は寿命が非常に長く、消滅する前にゆっくりと燃料を使い果たして黒色矮星になります。 2. 太陽と同程度か、8 倍未満の質量を持つ恒星は、進化の最後に赤色巨星へと膨張します。外側のガスは徐々に宇宙空間に拡散し、中心に白色矮星を残します。 3. 太陽の8倍以上の質量を持つ星は、進化の最後に超新星爆発を起こします。煙が消えた後、中心部には高密度の中性子星が残ります。 4. 太陽の 30 倍以上の質量を持つ星は、超新星爆発の後にブラックホールを直接残します。

太陽の周りを回る10の恒星系の中には、太陽の8倍以上の質量を持つ恒星はなく、シリウスも例外ではありません。しかし、なぜシリウスは爆発したのでしょうか?これは、超新星爆発が星自体の質量だけでなく、他のいくつかの要因によっても決まるためです。最も一般的なのは、Ia 型超新星爆発です。

この種の爆発は、白色矮星の質量が上限を超えたときに発生し、大規模な崩壊を引き起こし、さらに熱核暴走爆発を引き起こします。シリウスはそれほど質量は大きくないが、そのB星は白色矮星であり、それが危険の源となっている。

超新星とは何ですか？

白色矮星は死んだ恒星の死体です。中心部の核融合が停止しました。エネルギー源がなければ、ゆっくりと冷えるだけです。長い冷却期間を経て、最終的には消滅し、黒色矮星になります。

しかし、一部の白色矮星はこのように静かに死ぬことを望まない。チャンスがあれば、彼らは再び爆発し、音を立てて、自分たちの存在を感じさせます。この存在感は超新星爆発のようなもので、私はこれを「死体欺瞞」と呼んでいます。

これは、白色矮星がまだ安定した死体ではないためです。その存在はパウリの排他原理に従っており、電子の縮退圧に依存して、かろうじて自身の重力を支えています。パウリの排他原理は、フェルミオン粒子（電子、中性子、陽子など）が相互に反発する性質を持つという物理法則です。これらの粒子がある程度近い限り、不適合性則が発生します。

白色矮星は質量が大きく、体積が小さい。シリウス B のような白色矮星は、質量が太陽の 1 倍以上で、体積は地球と同じくらいの大きさです。そのため、物質の密度は非常に高く、1立方メートルおよび1センチメートルあたり数トンに達します。このような事柄は、もはや私たちが通常知っている事柄ではありません。

白色矮星の巨大な重力による求心圧によって原子は平らになり、原子核の外側の電子は元の軌道を離れて自由電子となり、原子核に近いレベルに押し込まれます。電子は互いに押しつぶされる傾向があり、電子間の強い反発力（圧力）（電子縮退圧とも呼ばれる）が巨大な重力圧に抵抗し、原子核はそのままの状態で自由電子の海に浮かぶことを可能にし、白色矮星の星の形を維持します。

しかし、電子縮退圧力には限界があり、この限界はチャンドラセカール限界と呼ばれます。つまり、白色矮星の質量が太陽の1.44倍に達すると、電子の縮退圧が重力圧に耐えられなくなり、惑星全体の形状が崩壊することになります。巨大な求心圧により中心温度が急激に上昇し、炭素の核融合が促進されます。

核融合は数秒以内に爆発し、白色矮星内部で熱暴走反応を引き起こします。膨大なエネルギーが瞬時に放出され、白色矮星は粉々に吹き飛ばされ、超新星に変化します。すべてのIa型超新星爆発のエネルギーは同じであるため、天文観測における標準光源となり、天体観測や距離計算の重要な基礎となっています。

シリウスはなぜ超新星爆発を起こしたのでしょうか？

問題を引き起こしたのは主にシリウスBでした。前述のように、白色矮星が太陽の1.44倍の質量に達すると、Ia型超新星爆発が発生します。シリウスBの質量は現在、太陽の約1.1倍しかありません。この状態を維持し続けると、爆発は起こりませんが、ゆっくりと死んでいきます。問題は、それがパートナーのシリウスAからわずか30万キロしか離れていないことだ。

白色矮星の極めて強い重力は、周囲の星間物質をすべて飲み込んでしまいます。もちろん、シリウス A はまだ非常に遠いため、理論的にはシリウス B に吸収されることはありません。しかし、問題は、シリウスが死ぬと赤色巨星になり、自身の質量のほとんどを捨ててしまうことです。

シリウスAが赤色巨星になると、その半径は元の大きさの200～300倍に拡大します。シリウスAの現在の半径は太陽の約1.7倍です。現在の太陽の半径は約696,000キロメートル、シリウスの半径は119万キロメートルです。赤色巨星になると、その半径は約1億4000万～2億キロメートルになる。

2つの星の間の距離はまだ非常に大きいようで、シリウスBはまだシリウスAの恩恵を受けることができないようです。しかし、赤色巨星は今後も膨張を続け、外層物質は宇宙空間に漂っていくことを忘れてはなりません。結局、シリウス A の中心核には白色矮星の残骸だけが残ることになります。この残骸は太陽の0.6倍の大きさしかなく、残りの1.4倍の物質は宇宙に流れ出ます。

このとき、シリウスBにチャンスが訪れました。その近くを漂う物質は、強い重力によって必然的に引き寄せられ、その質量は継続的に増加します。現在のシリウスBの質量は太陽の約1.1倍です。太陽質量の 0.3 倍より少し増加すると、チャンドラセカール限界に達します。シリウスBはそんなに多くの質量を吸収するのでしょうか？

そうかもしれないし、そうでないかもしれない。これが、シリウスが将来爆発する可能性がある理由です。もちろん、シリウスの寿命はまだ 15 億年あるので、この爆発は今から 15 億年後まで起こりません。

シリウスLA超新星爆発のエネルギーと地球上での感覚

超新星爆発の威力はどのくらいですか？白色矮星がチャンドラセカール限界を超えた瞬間、数秒以内に炭素と酸素の大部分が重元素に収束し、内部温度が瞬時に数十億度に上昇し、熱核反応のエネルギーが10^44J（ジュール）を超えると一般に考えられています。

太陽の核融合エネルギーは3.78*10^26Jで、超新星の瞬間爆発のエネルギーは太陽の26.5兆倍に達することになり、26.5兆個の太陽が私たちを照らしていることになります。この巨大なエネルギーは、白色矮星を瞬時に粉々に吹き飛ばし、各粒子を衝撃波の形で外側に放出します。その速度は毎秒最大5,000～20,000キロメートルで、最大速度は光速の約7%にもなります。

爆発時の絶対等級は-19.3に達し、太陽の45億倍の明るさとなる。

もしそのような爆発が太陽の位置で起こったら、地球は跡形もなく蒸発してしまうでしょう。しかし結局のところ、これは私たちから 8.6 光年離れたところで起こったのです。光波は爆発から8.6年後にのみ地球に到達します。もしその時地球上にまだ人間がいたら、人々はまばゆいばかりの星を見ることができるでしょう。

衝撃波が爆発の速度を維持した場合、太陽系に到達するまでに122～505年かかります。

見かけの等級と絶対等級の変換式は、m=M-5log(d0/d) です。ここで、m は視等級、M は絶対等級、d0 は 10 秒角 (約 32.6 光年)、d は天体の実際の距離 (光年単位) です。

したがって、この式によれば、地球から見た場合、シリウスの超新星の見かけの等級は -22.2 に達する可能性があります。太陽の見かけの等級は -26.7 で、満月の見かけの等級は -12.7 です。見かけの等級が小さいほど明るく、負の等級が大きいほど明るくなります。各レベルの明るさは2.512倍異なります。したがって、地球上の人々が見るシリウス1aの超新星は、月よりも1288倍明るく、太陽よりも63倍暗い明るい星です。

それは小さな太陽のようなもので、昼も夜も（正しい角度で）空に浮かんでおり、曇りの日の夜も昼と同じくらい良いので、読書に明かりはもう必要ありません。しかし、少しまぶしく見えるこの小さな太陽は、地球の生態系に害を及ぼすことはありません。本当の被害は、今から122年から500年後、超新星爆発による高エネルギー粒子が太陽系に到達したときに発生します。

8.6光年離れた場所で起きた超新星爆発が地球の生態系に与える影響

太陽からの高エネルギー粒子は太陽風の形で毎日地球に襲い掛かりますが、地球の磁場の抵抗により、そのほとんどは磁力線に沿って流れ去ります。極の弱い磁場の中でのみ、それらのほんの一部が侵入する機会を利用できます。そのため、大気と太陽風の相互作用によって放出される鮮やかな光を見ることができます。これはオーロラです。

太陽風のエネルギーはそれほど大きくなく、最大速度は秒速800キロメートルしかありません。太陽からのこれらの荷電粒子は、太陽系の周辺にヘリオシース層を形成し、星間光線の侵入を防ぎます。しかし、超新星爆発のエネルギー風、つまり粒子衝撃波は、最大で秒速2万キロメートルに達する可能性があり、太陽のヘリオシースは明らかにこれに耐えることができません。

これは地球の磁場に必ず影響を与えます。地球の磁場はこのような影響下では非常に弱くなり、抵抗することが困難になるため、これらのエネルギー粒子は地球の表面に侵入することになります。その時まだ人間がいたら、空一面に色とりどりの光が見えるでしょう。それは大気と荷電粒子の間の必死の闘いです。

最終的には、これらの粒子が大気中のオゾン層を破壊する可能性があります。大気に遮られない高エネルギー粒子は地球上の生物を集中的に攻撃し、生物のDNA分子結合を貫通し、地球の生態系が脱出することを困難にします。

幸いなことに、シリウスのような超新星爆発が本当に起こったとしても、それは今から15億年後のことであり、その時までに人類がまだ存在しているかどうかは分かりません。もし人類が本当にそのくらい長く持ちこたえることができたなら、10億年以上の進化と発展を経て、すでに太陽系の外に移住し、複数の惑星に住む種族になっていたはずだ。彼らにとって、そのような自然災害を回避し、対応することは簡単なことだっただろう。

したがって、私たちは将来の世代がシリウスの大惨事にどう対処するかを心配する必要はありません。

実際、人間が見ることのできる超新星爆発は、イータ・カリーナやベテルギウスなど、現在観測されているいくつかの赤色巨星です。これらの赤色巨星の爆発は比較的短期間で起こる可能性が高いが、すでに爆発していてもその光がまだ我々に届いていない可能性もある。

これらの赤色巨星によって爆発したエネルギーはシリウス1世の超新星のエネルギーよりもはるかに大きいですが、これらの星は私たちから数百、あるいは数千光年も離れています。地球を襲うガンマ線バーストが発生しない限り、地球の生態系に大きな影響を与えることはありません。

今のところはこれですべてです。議論へようこそ、そして読んでいただきありがとうございます。

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