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ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)の素晴らしい画像はいかがだろうか?超新星残骸の内部を覗いてみては?カシオペア座Aが爆発してできた超新星残骸の内部を、非常に詳細に観察することが出来る。また、特に初期宇宙における宇宙塵の存在に関する疑問にも答えることができるかも知れない。

カシオペア座A超新星残骸は、これまでにも多くの研究がなされてきた。しかし、JWSTの新しい観測では、他の観測では見ることのできなかった、より詳細な情報を得ることができた。そして、その詳細は、この恒星の出来事について新しい窓を開いている。「カシオペア座Aは、爆発した星の残骸を観察し、どのような種類の星が事前に存在し、その星がどのように爆発したかを理解するために、星の解剖を行う最高の機会です」と、観測プログラムの主任研究員であるDanny Milisavljevic氏は述べている。

ダメージを探る

この画像は、カシオペア座Aの中心部にある超巨大星が死滅したときの、連続した破壊の物語を伝えています。まず、老齢の星が死滅のプロセスを開始すると、そのコアでより重い燃料が消費された。その結果、星は加熱され、膨張しました。さらに、暖かい塵の雲も放出された。そして、その塵の雲は、星から外に向かってゆっくりと広がっていった。その後、星のコアが鉄を消費し始めたとき、星が供給できる以上のエネルギーが必要になった。燃焼が止まり、コアは崩壊した。その結果、星の残りの部分が内側に入り込む。そして、その反動で、恒星の物質が核から離れる方向に飛び出した。そして、膨張の遅いダストシェルと衝突したのだ。

画像内のすべての色は、爆発の各部を示している。最初はかなり混乱するシーンだ。天文学者は、残骸に含まれるさまざまな放出源をすべて把握するために、まだ研究を続けている。オレンジ色と赤色の物質は、暖かい外殻からの放出物を示している。巻きひげは、崩壊したコアから流れ出る星屑だ。鮮やかなピンク色で、節や塊が散らばっている。酸素、ネオン、アルゴンなど、星の中や爆発で生成された元素が混在している。爆発地点の中心部には、星に由来する物質が集まっている。その中でも特に目立つのが、研究チームが「グリーン・モンスター」と名付けた巨大な緑の輪だ。これは予想外の特徴で、どのように、あるいはなぜできたのかは誰もよく分かっていない。

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「グリーンモンスター」(ボストンのフェンウェイパークから命名)のクローズアップ。JWSTの観測では、Cas Aの中心部にあるこのフィラメントと他のフィラメントの驚くべき詳細が示されている。 (Credit: NASA, ESA, CSA, D. D. Milisavljevic (Purdue), T. Temim (Princeton), I. De Looze (Ghent University). Image Processing: J. DePasquale (STScI))

カシオペア座A超新星残骸とコズミックダスト

超新星は、その航跡に膨大な量の塵を撒き散らす。そこで、疑問が生じます。天文学者は、宇宙初期に塵の多い銀河を見ているので、超新星爆発がそのような銀河を作ったのだろうか?その答えは複雑だ。確かに、最初の超巨大星は、宇宙史のかなり早い時期に存在していた。そして、その星は超新星爆発で死んでしまった。だから、超大質量星が死ぬときに塵をまき散らすと考えるのは理にかなっているかも知れない。しかし、より「現代的な」超新星とその塵の出方を観測しても、初期の頃の大量の塵を説明できないことがある。では、初期の塵はどこから来たのだろうか?

その答えは、「塵はすべて提供された」ということかも知れない。その証拠を見つけるには、JWSTが提供できる高解像度の赤外線ビューが必要だ。「カシオペア座Aでは、異なるガス組成を持つ領域を空間的に分離し、それらの領域でどのような種類の塵が形成されたかを見ることができます」とTemim氏は言います。つまり、JWSTは、これまで天文学者が他の多くの望遠鏡を使って検出できなかったものを「見る」ことができるということだ。

カシオペア座Aのような超新星残骸を探査することは、死にゆく星がその環境に与える影響を見る以上のものを天文学者に与える。高解像度の詳細な赤外線画像によって、天文学者はカシオペア座Aのような塵のような天体の「内部を見る」ことができるのである。「爆発する星のプロセスを理解することで、私たちは自分たちの原点を読み取っているのです。私は、このデータセットの中身を理解するために、残りのキャリアを費やすつもりです」と、Milisavljevic氏は述べている。

カシオペア座Aの超新星残骸の過去の観測結果

カシオペア座Aは、私たちから約11,000光年離れたところにあり、10光年の宇宙空間に広がっています。この星は、1600年代後半に地球から初めて観測されたと考えられています。現代の望遠鏡の出現により、地上からの可視光、電波観測、ハッブル宇宙望遠鏡、チャンドラX線天文台、NuSTARなどによる宇宙からの観測が行われるようになりました。

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チャンドラX線天文台が撮影したカシオペア座Aの画像は、超新星残骸に含まれる化学元素を表している。色の違いは、主に鉄(オレンジ)、酸素(紫)、マグネシウム(緑)と比べたケイ素の量を表している。また、NASAのNuSTAR望遠鏡が以前、より高いX線エネルギーで検出したチタン(水色)も示されています。これらのチャンドラとNuSTARのX線データは、ハッブル宇宙望遠鏡の光学光線画像(黄色)に重ねて表示されている。 (Credit:
Chandra: NASA/CXC/RIKEN/T. Sato et al.; NuSTAR: NASA/NuSTAR; Hubble: NASA/STScI)

この横長の恒星残骸は、爆発地点から秒速4000〜6000kmの速度で飛び出している。HSTの画像では、ノットなどの噴出物が最大で秒速14,500キロメートルで遠ざかっていく様子が確認できた。JWSTの前身であるスピッツァー宇宙望遠鏡と赤外線天文衛星は、近くのガス雲に爆発による赤外線エコーを検出した。

これらの観測結果から、カシオペア座Aは、超新星爆発とその宇宙時間における役割のさらなる研究のための完璧なターゲットであることが分かるだろう。


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この記事は、CAROLYN COLLINS PETERSEN氏によって執筆され、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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