惑星状星雲は、太陽のような星が残した短命の「残骸」だ。この「星の亡霊」の多くは、せいぜい2万5千年程度しか生きられない。通常は、星の残骸の雲が広範囲に拡散するため、すぐに消えてしまう。しかし、少なくとも7万年以上続いたものがある。それは惑星状星雲の「grande dame（大公女）」と呼ばれるものだ。

香港大学の宇宙研究室と物理学科のメンバーが率いる天文学者チームは、この珍しい天の宝石を、散開星団 M37の中に発見した。この天体は、太陽と同じ銀河系の腕の中を回っており、約1500太陽質量を含んでいる。この天体は IPHASX J055226.2+323724 と呼ばれ、銀河系内の散開星団に付随する惑星状星雲としては3番目に知られている。では、どうしてそんなに古い天体だとわかったのだろうか？

年老いた惑星状星雲を理解する

惑星状星雲は、高温の白色矮星（わいせい）が、年をとってから放出した物質の殻に包まれたものだ。惑星状星雲の中には、殻がほぼ円形のものもあれば、双極のように見えるものもある。星からの放射によって星雲が温められ、光っているのだ。膨張している殻の年齢を調べるのは難しいように思われるかもしれない。しかし、方法はある。香港大学のQuentin Parker氏が率いるこの天体の発見チームは、この天体が7万年という「運動学的年代」を持っていることを突き止めた。これは推定値だが、星雲が膨張している速度からすると、十分な推定値だ。その手がかりは、死にかけた星のまわりで膨張している殻の中の、高温の光り輝くガスから放出される光のスペクトルにある。これが「輝線」だ。

また、研究チームは、膨張速度が最初から実質的に同じであると仮定した。これらの情報を総合すると、死にかけた星が最初に外層を放出してから経過した時間が得られる。この場合、それが7万年ということになった。これに対して、惑星状星雲の寿命は5,000年から25,000年程度と言われている。これは、星の寿命が数億年から数十億年であったことと比較すると、比較的早い期間であると言える。

また、IPHASX J055226.2+323724 は、古くなりサイズも拡大したにもかかわらず、まだ見えていることから、二重に希少な天体であると言える。その位置は、比較的「安全」な環境で「生き続けている」ことを示している。星団の中にあるため、膨張するガスや塵の雲が薄くなるのだ。もし星が星間空間にあれば、他の影響によって殻が破壊される可能性がある。

IPHASX J055226.2+323724 についての技術的な話

この惑星状星雲は、星団の中にあるという環境から、星雲を作った元の星について、科学チームはより深い洞察を得ることができた。この星は現在、白色矮星と呼ばれる星で、星が自ら縮んで外層を放出し、年をとった姿をしている。非常に高温の天体で、冷えるまでに数十億年かかると言われている。しかし、まだ太陽のような星だったころは、2〜3太陽質量の大きさだった。研究チームは、最初に外殻となる物質が放出されたときに、どの程度の質量を含んでいたかを推定し、現在の質量を把握することができたのだ。また、ガイアの距離データを使って、膨張した物質の殻の大きさが約3.2パーセクであることもわかった。(ちなみに、太陽とその最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリとの距離は1.3パーセクだ）。この大きさは、惑星状星雲の大きさの中では非常に大きい部類に入る。

この星雲の研究を記した論文の筆頭著者である Vasiliki Fragkou 博士は、「私は、このような魅力的な稀なケースである OC-PN の会合に取り組むことができることにとても興奮しています。なぜなら、我々が見つけた3つのケースすべてが、形状が蝶型（両極）PN、すべてが非常に暗く高度に進化しており、その輝線からI型化学を持ち、もちろんすべてが中程度から高い始源質量を持つなど、重要な科学の成果を生み出し続けているからです」と述べている。

希少だが有用

これは、銀河系内の散開星団に惑星状星雲が存在する3番目の例であるため、IPHASX J055226.2+323724 が住む星団の形成について興味深い手がかりを与えてくれる。共著者の香港大学Quentin Parker教授は、彼のグループが確認された3つの例すべてを発見したことを指摘している。「これらの美しい天体によって、いわゆる星の初期質量と最終質量の関係 (IFMR) 上の点を独自に決定することができるためです。」

初期質量関数は、空間内の与えられた容積の中で1回の星形成イベントで形成される恒星質量の分布を記述するものである。低質量の褐色矮星から最も質量の大きい星まで、すべての恒星天体を対象としている。また、IPHASX J055226.2+323724 の存在と合わせて、M37 に含まれる星の種類を知る手がかりとなる。