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最初の星は、奇妙なカモだった。まだ誰も観測していないが(天文学者は、JWSTがいつか見つけてくれるかもしれないと期待している)、その亡霊は残っている。135億年以上前に誕生したこの星は、現在私たちが知っているほとんどの星とはまったく異なっていた。それは、水素とヘリウムを主成分とする巨大なモンスターだった。そして、超新星爆発を起こしたとき、その「星のかけら」は宇宙空間に散らばってしまった。このたび天文学者は、欧州南天天文台の超大型望遠鏡(VLT)が観測した3つのガス雲から、これらの星の化学的な残骸を発見したのだ。

天文学者はどのようにしてその残骸を発見するのだろうか?それは、星の世代が星の材料を再利用しているからだ。“子”星が死ぬと、その子星が持つ重い元素が宇宙空間にばらまかれ、それがまた次の世代の星に使われるのだ。

だから、最初の星とその残骸は、かなり歴史的なものだ。だが実際はそうではないのかも知れないということが判明した。フィレンツェ大学准教授のStefania Salvadori氏は、「原始星は、その死後、環境中に拡散した化学元素を検出することで間接的に研究することができます」と語る。

彼女と同僚は、VLTのデータを使って、最初の星が死んだときに残った化学元素を含むガス雲を探した。そのガス雲を通過する遠くのクエーサーの光から、その元素を探すことができたのだ。

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クエーサーの光がガス雲を通過するとき、ガス雲に含まれる化学元素が異なる波長を吸収する。そのため、クエーサーのスペクトルには暗い線が残る。各元素はそれぞれ異なる線を出すので、スペクトルを調べることで、その間にあるガス雲の化学組成を調べることが出来る。このようにして、天文学者は宇宙初期の3つのガス雲から、最初の星の化学的痕跡を発見したのだ。 (Credit: ESO)

恒星化学の残骸を理解する

初期の星の質量と爆発の強さによって、どの元素を宇宙空間に拡散させるかが決定された。最初の星は水素とヘリウムが主成分だったかも知れないが、核の中で他の元素を作り上げた。これは、星が一生かけて行うことなのだ。星はコアで水素をヘリウムや他の「重い」元素に変える。炭素、酸素、ケイ素など、鉄に至るまで、さまざまな元素を作り出す。死ぬと、その物質はすべて星間空間に散らばってしまう。太陽のように長寿のものは、白色矮星になる。これは惑星状星雲の段階を経た後だ。超新星爆発で死ぬのは、最も巨大なものだけである。

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宇宙で最初に誕生した星のイメージ図 (Credit: N.R. Fuller, National Science Foundation)

最初の大質量星は、非常に大きな超新星爆発で死んだので、天文学者が発見した化学的な遺物は、そのようなものだったのだ。しかし、これらの最初の爆発は、そのコアに存在する鉄のような元素を散乱させるほどエネルギーが高くなかったものもある。

そこで研究チームは、低エネルギーの超新星爆発を起こした星からのガス雲を探した。この3つの星は宇宙初期にあり、鉄はほとんどなく、炭素や他の元素をたくさん含んでいた。

他の星への示唆

興味深いことに、Salvadori氏らのチームが研究した雲に含まれる特異な化学組成は、私たちの銀河系に存在する多くの古い星にも現れている。これらの星は、最初の星の「灰」から直接形成された第二世代の恒星集団である。「この発見は、銀河系内の星の研究を完全に補完し、最初の星の性質を間接的に研究する新しい道を開くものです」とSalvadori氏は説明します。

第2世代のものは、宇宙初期の「親」とは大きく異なる、豊かな化学組成を持っていました。親世代が死ぬと、その「星の材料」は第3世代以降の世代の材料となる。私たちの太陽は、ヘリウムより重い元素を豊富に含むため、「種族Ⅰ」と呼ばれる、少なくとも第3世代と思われる。このように、初期の星の化学的な残骸を見つけることは、その星の特徴を知るための窓を開くだけでなく、その後に続く次の世代の星を知るためのヒントになるのだ。


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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