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宇宙で新たな“スター・デストロイヤー”を探す

もしあなたが邪悪な宇宙の悪役で、厄介な宇宙大爆発で敵をビビらせたいのなら、斬新な方法がある。古代の星の残骸のカップルを、あなたの宿敵の目の前でぶつけるのだ。その結果、ありがたくも巨大で明るい爆発が起こり、おまけにガンマ線バーストが宇宙中に見えるようになる。そして、みんなを怖がらせて、あなたの邪悪な命令に従わせることができる。

もちろん、これを行うには、あなたは非常に奇妙な力を持っている必要がある。マンガの世界以外では、そんなものは存在しない。しかし、現実の宇宙では、それを実現する方法がある。巨大な恒星の天体が宇宙空間に詰め込まれていればいいのだ。そして、それらが少し近づきすぎると、バーン!何十億光年もの彼方に見える大爆発が起こる。

GRB191019A:スター・デストロイヤー

2019年10月19日、天文学者はGRB 191019Aと呼ばれる、まさにそのような出来事の発生源を突き止めた。最初の兆候は、約1分間続いた長時間のガンマ線バースト(GRB)だった(これはGRB的には長いが、もっと長く続くものもあるという証拠もある。しかし、ほとんどは数秒から数マイクロ秒の長さしかない)。Neil Gehrels Swift衛星はそれをすぐに検出した。天文学者たちはその後数ヶ月間、GRB源の消えゆく残光に注目した。彼らは国際ジェミニ天文台、北欧光学望遠鏡、ハッブル宇宙望遠鏡を使った。観測の結果、約30億光年離れた銀河の中心部で、恒星が死滅していく様子が明らかになった。

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ガンマ線バーストを捉えるSWIFT衛星の想像図。(Credit: NASA)

観測者たちは、銀河系の中心部にある超大質量ブラックホールの近傍で、恒星の残骸と恒星がほとんど解体ダービーのように衝突していると表現した。GRBフラッシュの発生源は、銀河系の中心からわずか100光年の距離にあった。それは、中心の超大質量ブラックホールの非常に近くにあることが判明した。GRBとその発生源に関する論文の主執筆者であるAndrew Levan氏は、「これらの新しい結果は、星が宇宙の最も密度の高い領域で終焉を迎える可能性があることを示している。これは、星がどのように死ぬのかを理解し、地球で検出できるような重力波がどのような予期せぬ天体から発生するのか、といった他の疑問に答える上でエキサイティングなことです」と、述べている。

珍しい場所でスター・デストロイヤーを探す

Levan氏によれば、この現象が非常に珍しいのは、非常に古い銀河系で起こったということである。「我々の追跡観測によって、このバーストは巨大な星が崩壊したというよりも、むしろ2つのコンパクトな天体が合体したことによって起こった可能性が高いことがわかりました。その場所を以前に特定された古い銀河の中心に特定することによって、我々は星が終焉を迎えるための新しい経路の最初のうずまく証拠を得たのです」と、Levan氏は述べている。

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ほとんどの状況下での星の進化を示す図。GRB 191019Aは、恒星または恒星の残骸が破壊される別の方法を明らかにした。 (Credit: NASA)

老朽化した銀河では、このような巨大な花火が見られるとは限らない。それは、星形成の最盛期をとうに過ぎているからだ。巨大な星のほとんどはすでに超新星爆発を起こして死んでいる。しかし、その中心部は、衝突によって恒星の残骸が破壊されるのに最適な場所である可能性がある。多くの古代銀河の中心部には、星の大集団が存在する。幅が数光年しかない領域に100万個以上の星がひしめき合っているとの推計もある。また、ガスや塵の雲もあり、さらに恒星の残骸(大質量星が死滅してできたブラックホールや中性子星)の集団もある。

これらの天体はすべて、中心の超大質量ブラックホールの周りに群がっている。中心ブラックホールの重力の影響を受けて、2つの恒星(近くにある恒星であれ、残骸であれ)を引き合わせるのにそれほど時間はかからないだろう。ある瞬間、2つの天体が互いに渦を巻き、次の瞬間には衝突し、私たちが長時間のGRBとして目にする巨大なバーストが発生する。重力波バーストもあり、その後に閃光が走る。

さらなるGRBを探す

天文学者たちは、通常の銀河ではこのような長時間の衝突型GRBをあまり見たことがないが、おそらく誰もが思っているよりも頻繁に起こっているのだろう。GRBが発生する銀河の中心部は、ガスや塵の雲に隠されていることが多く、最初のGRBの閃光とその後の残光が覆い隠されてしまうのだ。幸運なことに、GRB 191019Aはほぼ「晴天の中」で発生したため、観測者はかなり長い時間それを見ることができた。

GRB191019Aは、混雑した銀河中心部の環境で恒星の残骸が関与した最初の観測事象である。Levan氏と他の研究者たちは、何を探すべきかがわかったので、もっと多くの残骸を見つけたいと考えている。彼らの望みは、GRBの検出と、それに対応する重力波の検出を一致させることである。そうすれば、GRBの真の性質がより明らかになり、最も曖昧な環境であっても、その起源を確認できるだろう。

Rubin May 2022
2022年5月、黄昏時のRubin天文台。この天文台は、大質量星の死や遠方銀河の衝突によるGRBの残光を研究するのに非常に役立つだろう。(Credit: Rubin Obs/NSF/AURA)

幸運なことに、現在の天文台は、Vera C. Rubin天文台のような今後の施設とともに、その役割を果たすことができる。「このようなガンマ線バーストの研究は、GRBの検出から、ジェミニのような望遠鏡による残光や距離の発見、そして電磁スペクトル全体にわたる観測による事象の詳細な解剖に至るまで、多くの施設が協力することによって、この分野がいかに進歩しているかを示す素晴らしい例です」とLevan氏は語った。


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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