キャッツアイ星雲の3次元シミュレーションに成功

Ryan Clairmont 氏とその研究チームが作成したキャッツアイ星雲の 3D モデルと、ハッブル望遠鏡が撮影したキャッツアイ星雲を並べて比較したもの(Credit: Ryan Clairmont (left) and NASA/ESA/HEIC/Hubble Heritage Team (Space Telescope Science Institute/AURA) (right); License Type: Attribution-NonCommercial-ShareAlike (CC BY-NC-SA 4.0)

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スタンフォード大学を中心とする国際研究チームは、キャッツアイ星雲の3次元モデルを初めてコンピュータで作成し、星雲の外殻を取り囲む左右対称のリングを明らかにした。この研究により、キャッツアイ星雲の構成とその形成過程をより深く理解できる可能性が出てきた。この対称的なリングは、星雲の中心部に連星が存在することを強く裏付ける、歳差運動するジェットから形成されたことを示す手がかりとなる。

キャッツアイ星雲は、地球から約3,000光年の距離にあり、夜空で最も息を呑むような光景のひとつである。多くの惑星状星雲と同様に、太陽質量の星が死にかけたときに外側のガスが放出されてできたものだ。ハッブル宇宙望遠鏡(HST)による画像では、弧状のフィラメントや節、球状のシェルが複雑に絡み合い、その美しさをさらに引き立てている。

キャッツアイ星雲の不思議な構造は、従来の惑星状星雲の形成理論では説明できず、長年にわたって科学者を困惑させてきた。近年の研究により、NGC 6543 のような星雲では、プリセッシング・ジェットが形成メカニズムとして働くことが実証されたが、同時に、これらの主張を裏付ける詳細なモデルが欠けていた。

スタンフォード大学の学部生候補で、天文愛好家であり、この研究の主執筆者でもあるライアン・クレアモント(Ryan Clairmont)氏が、従来の天体物理学では説明しにくかったキャッツアイの独特の形を説明しようと、率先して3次元構造を作成するまでは。惑星状星雲のモデリングに適した3次元天体物理学モデリングソフト「SHAPE」を開発したカルガリー大学のニコ・コーニング(Nico Koning)博士と、メキシコ国立自治大学のウォルフガング・ステッフェン(Wolfgang Steffen)博士の協力を仰ぎながら、キャッツアイの3次元構造を作り上げた。

今回の研究では、メキシコのサン・ペドロ・マルティール国立天文台の分光データを利用して星雲の3次元構造を再構築した。このデータとHSTの画像を組み合わせることで、キャッツアイの新しい3Dモデルを構築し、高密度のガスリングが星雲の外殻を包んでいることを実証した。このリングがほぼ左右対称であることから、ジェット(星雲から反対方向に放出される高密度のガス流)によって形成されたことが示唆された。

ジェット自体は、回転するコマと同じように、歳差運動と呼ばれる動きを見せています。キャッツアイの周りには、現在私たちが観測しているようなリングが形成されている。しかし、このリングの寿命は短く、ジェットが360度一周することはなかった。ジェット流の時間スケールは、惑星状星雲の理論全体に関わる重要な情報であり、惑星状星雲の歳差運動を担うのは連星だけなので、今回の発見は、キャッツアイの中心に連星が存在することを強く示唆するものだ。

また、ジェットの向きや角度は時間とともに変化するため、キャッツアイで観測される節やジェットなどの現在の特徴は、この連星が原因である可能性が高いと考えられる。今回作成した3次元モデルを用いて、リングの向きからジェットの開き角と傾きを計算することができた。

「キャッツアイ星雲を初めて見たとき、その美しく完璧な対称構造に驚きました。」とクレアモント氏が述べている。「さらに驚いたのは、その3D構造が完全に理解されていなかったことだです。自分自身の天体物理学的な研究が、実際にその分野に影響を与えることができ、とてもやりがいがありました。惑星状星雲に見られるプリセッシングジェットは比較的珍しいので、キャッツアイのような複雑な星雲の形成にどのように寄与しているかを理解することは重要なことです。最終的には、ジェットがどのように形成されるかを理解することで、いつか惑星状星雲になるであろう私たちの太陽の最終的な運命について知ることができます。」

いつも通り、科学を続け、上を見続けましょう。

この記事は、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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