あなたの好奇心を刺激する、テックと科学の総合ニュースサイト

超新星爆発の兆候か?ベテルギウスの明るさが50%増加している模様

ベテルギウスに何かあると、超新星として爆発するのではないかという憶測が飛び交う。私たちは遠く離れているので影響はないだろうが、何カ月も空が照らされるのを想像するのは楽しいことだ。

今、この赤い超巨大星は50%近くも明るくなっていて、また憶測が広がっている。

ベテルギウスは超新星爆発を起こす。それについては、世界的な同意が得られている。しかし、いつ爆発するかという問題は、あまり確実ではない。この星の振る舞いは複雑である。それを、ちっぽけな人間がどうやって知ることができるのか?

ベテルギウスは赤色超巨星であるだけでなく、脈動する半月型変光星でもある。つまり、明るさの変化には周期性があるのだが、その振幅はさまざまだ。約400日の周期で明るさが変化する。さらに、125日周期、230日周期、2200日周期という短い周期があり、これらはすべて脈動によって決まる。このような周期を繰り返しているため、星をはっきりと理解することは難しい。

数年前、ベテルギウスが暗くなったので、どういうことだろうと思った人がいた。しかし、ベテルギウスの明るさは変わっていないことが判明した。ベテルギウスの表面から放出された物質が冷えて塵になり、光を遮っていたのだ。このエピソードは「The Great Dimming」と呼ばれている。

hires 1
この画像は、2019年にベテルギウスが一時的に暗くなった原因と思われるものを示している。(Credit: NASA、ESA、E. Wheatley (STScI))

今、この星が明るくなってきて、科学者たちの関心を集めている。科学者たちは、この星がどのような進化段階にあるのか、そしてこの活動が何を意味するのかを知りたがっているのだ。新しい研究によると、この星は予想以上に早く超新星として爆発する可能性があるそうだ。

新しい論文は、「The evolutionary stage of Betelgeuse inferred from its pulsation periods」(ベテルギウスの脈動周期から推測される進化段階)である。筆頭著者は、東北大学大学院理学研究科附属天文科学研究所の斉尾英行氏だ。英国王立天文学会の月刊誌『Monthly Notices』に掲載されることが決定した。

新しい研究の最も興味深い部分は、しばしば見出しを飾る。それに対して憤慨する必要はない。人類はそういうものなのだ。

著者らは論文の中で、ベテルギウスが天の川銀河の次の超新星になる可能性があると述べている。「我々は、ベテルギウスが炉心炭素燃焼の後期段階にあり、次の銀河系超新星の良い候補であると結論付けている」と彼らは書いている。

赤色超巨星であるベテルギウスは、主系列から外れている。800万年から850万年という長い歴史の中で、水素をヘリウムに核融合させ、その際に失われた質量をエネルギーとして放出することで、大量の水素を使い果たした(アインシュタインに感謝)。つまり、太陽のように水素をヘリウムに融合させることはもうないのだ。ベテルギウスのような星が質量を失うと、重力が外側に向かう圧力を抑えきれなくなり、よりボリュームのある外皮に膨張する。つまり、質量が減ったにもかかわらず、サイズが大きくなっているのだ。

m atad020 fig1
赤色超巨星ベテルギウスとその周辺星雲の規模を、太陽系と比較して示した模式図。Credit: L. Calçada, ESO)

ベテルギウスのような星が主系列を離れ、コアで水素をヘリウムに融合することがなくなると、事態は大きく変化する。ヘリウムの核融合が終わると、コアに炭素が蓄積される。そして、他の元素を生成する炭素燃焼期が始まるのだ。今回の論文では、ベテルギウスはその後期段階にあるとしている。

しかし、どの程度遅いのか?あとどれくらいの時間が残されているのか?それに対する正確な答えはまだ出ていない。

「地球からの距離が比較的小さいにもかかわらず、そしてある意味ではそれゆえに、距離、光度、半径、現在およびゼロ年代主系列(ZAMS)の質量、内部回転状態および関連する混合に関する情報、したがってベテルギウスの進化状態や爆発する可能性のある時期に関する厳しい制約を得ることは困難だった」と、 ベテルギウスの新しいレビューの著者たちは書いている。ZAMSは、特定の星の進化段階を理解するために特に重要だ。それだけが原因ではない、基本的なことなのだ。

しかし、この研究はいくつかの確かな可能性を提示している。

この研究は、観測と、それぞれが異なる方法で観測に適合するモデルの組み合わせだ。トリッキーなビジネスであるため、数十年で爆発すると主張する見出しやツイートは少し誤解を招きやすい。ニュアンスが注目されることはあまりない。

核となる炭素燃焼期にはいくつかの段階がある。ベテルギウスがいつ超新星になるかを判断する難しさは、そのうちのどの段階にあるのかを判断することにある。ベテルギウスは、パルスを出し、物質を放出し、回転し、その上、宇宙を疾走する暴走星である。また、我々との距離も議論の対象となる。「ベテルギウスは地球から200パーセクしか離れておらず、適切な観測装置で空間分解することができるが、その距離の不確かさは、より深い理解のための重要な障害となっている」と、ベテルギウスのレビューは述べている。

Betelgeuse bow shock
この画像は、ハーシェル衛星のデータをもとに、宇宙を疾走するベテルギウスを取り巻く星間物質(CSM)を示したものだ。7分角には、ベテルギウスが動いている証拠となる弓状の衝撃波がある。また、9分角のCSMにも別の特徴があり、これは過去にベテルギウスが合体したか、物質が排出された証拠と考えられる。ベテルギウスは複雑で、理解するのが難しい。(Credit: Decin et al. 2012.)

みんなが注目しているのは、この研究の中の2つの文章だ:「この図によると、コアは炭素が枯渇してから数十年で崩壊する。このことは、ベテルギウスが、私たちのすぐ近くで起こる次の銀河系超新星の非常に良い候補であることを示している」。

これが彼らが言っている図です。

Betelgeuse element abundance
この図は、ベテルギウスに含まれるさまざまな元素の存在量を示したものだ。元素の量は、核の中で何が起きているのか、炭素燃焼のどの段階にあるのか、いつ爆発するのかを示す指紋やスナップショットのようなものだ。コアの核融合生成物は、対流によって定期的にコアから表面に浚い上げられるので、研究者はコアの中を垣間見ることが出来る。しかし、いつ爆発するかは、星の初期質量や回転速度など、さまざまな要因に左右されるため、程度の差こそあれ、判断が難しい。(Credit: Saio et al.)

しかし、それほど注目されていないのが、この論文の次の部分だ。

「炭素枯渇に近い後期とそれ以降では、表面の状態はほとんど変化しないため、正確な進化段階を決定することはできない」と研究者は書いている。天文学者は表面しか見ることが出来ないが、星の奥深くで何が起こっているかが物語るのだ。

この論文の著者たちは、観測、データ、モデリングによれば、ベテルギウスは思ったより早く爆発する可能性がある、と言っているのだ。しかし、ここが重要なのだが、この星が炭素燃焼のどの段階にあるのかがわからない。データに適合するいくつかのモデルによると、炭素燃焼は長い間続く可能性がある。

しかし、ベテルギウスが核となる炭素燃焼の段階にあることさえ、誰もが同意しているわけではない。ベテルギウスのレビューの著者は、この星はまだヘリウムの段階にあるとしている。「コアヘリウム燃焼は、その後の燃焼段階よりもはるかに長いので、ベテルギウスはコアヘリウム燃焼中である可能性が最も高い。脈動周期は、半径と距離、そしてコアヘリウム燃焼への進化状態を制約している可能性が高い」と彼らは書き、一方で “反対の議論”があることを認めている。

ベテルギウスの超新星爆発の時期を特定するために研究者たちが試みたもう一つの方法は、その周期的な脈動を同じモデルと照合することである。上のツイートでJonathan McDowellが言及しているのがそれだ。

Betelgeuse excitation models
この研究からの図では、ベテルギウス(アルファ・オリ)の4つの周期または期間と一致する4つのモデルを紹介している。天体物理学者でない人にはわかりにくいかもしれない。(しかし、ベテルギウスの爆発を予測することの複雑さと、その不確実性を説明するのに役立ちつ。(Credit: Saio et al. 2023)

最終的に超新星として爆発することに異論はないが、一部の超新星のように致命的なガンマ線バーストを発生させることはない。また、物質が放出され、強力なX線と紫外線が発生するが、私たちが影響を受けるにはあまりにも遠すぎる。その代わり、全人類に見える光のショーとなり、オリオン座を永遠に変えることになるだろう。科学者たちは、オリオン座が中性子星やパルサーを残し、何百万年もの間、その姿を見ることができるだろうと言っている。このイベントは、最初から最後まで、恒星の進化、超新星、恒星の残骸を研究するための前例のない機会となる。科学者たちは、爆発からこれまでの研究、観測、データを逆算して、どこが正しくて、どこが間違っていたかを突き止めることができるだろう。ベテルギウスは、彼らに多くのことを教えてくれるだろう。

超新星からの衝撃波は約10万年後に到達し、太陽の太陽磁気圏によって簡単に逸れるだろう。地球への最大の影響は、大気圏上層部への宇宙線の飛来が増えることである。

私たちの多くは、この悲惨な爆発を目の当たりにして、自然の力に畏敬の念を抱くだろう。

もし、その祝福された出来事が起こったときに、人類がまだ存在していればの話だが。


この記事は、EVAN GOUGH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。

Follow Me !

\ この記事が気に入ったら是非フォローを! /

Share on:

関連コンテンツ

おすすめ記事

コメントする