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死にかけた恒星がその周りを回る惑星を飲み込んで破壊するときの光のフレアを、史上初めて観測することに成功したとのことだ。

この研究は、MIT、ハーバード大学、カリフォルニア工科大学の科学者によって『Nature』に発表された。

今回観測されたのは、12,000光年の彼方、わし座の近くにある恒星ZTF SLRN-2020が、木星サイズの惑星を飲み込む瞬間だ。その後、わずか10日間で100倍の明るさになり、やがて消えていったという。

この現象自体は、古くから理論化されていたが、想像の域を出ず、実際に観測されることはなかった。だがついにそれが観測されたのだ。この観測は、恒星が劇的な死の瞬間に、元の大きさの何百倍にも膨れ上がって周囲のものを飲み込み、外側の物質を排出して熱く輝く恒星の残骸になるまで、惑星系がどうなるかを天文学者が解明するのに役立つ多くの情報をもたらすことだろう。

だがこれは、恐ろしいことに、いつか地球も同様に太陽に飲み込まれ、同じような運命をたどるかもしれない事を示唆する物でもある。

MIT Swallowed Planet 02 press
天文学者は、50億年後に私たちの太陽系で起こるであろう、星が惑星を飲み込む瞬間を初めてとらえた。この図は、ガス状惑星が親星に巻き込まれながら滅亡していく様子を示している。 (Credit: K. Miller/R. Hurt (Caltech/IPAC))

MITのカブリ天体物理学・宇宙研究所のポスドクである主執筆者のKishalay De氏は、声明で次のように述べている。「太陽が地球を飲み込んでいる間に、他の文明が1万光年の彼方から私たちを観察していたとしたら、太陽がある物質を放出するときに突然明るくなり、その周りに塵ができ、その後元のように落ち着くのを見るでしょう」。

とはいえ、それが起こるのは今から50億年後のことなので、これを読んでいる我々はまず生き残ってはいないだろう。

今回の主役となる恒星ZTF SLRN-2020は、2020年5月にZwicky Transient Facility(ZTF)によって初めて発見された。この星は、わずか1週間の間に明るくなったり消えたりした。

「ある夜、私はどこからともなく、1週間の間に100倍も明るくなった星に気づきました。それは、私が今まで見たどんな恒星の爆発とも違うものでした」と、De氏は述べている。

しかし、ハワイのマウナケア山頂にあるW.M.ケック天文台の追跡観測によって、もっと重要なことが判明した。

通常、ほとんどの星の連星は、一方が他方を侵食することで水素とヘリウムを生成するが、今回の事件ではそのどちらも得られなかった。De氏は、低温でなければその存在を説明できない「特異な分子」の兆候を見たのである。

「これらの分子は、非常に冷たい星にしか見られません。そして、星が明るくなるとき、それは通常、高温になります。つまり、低温と明るくなる星は一緒にならないのです」と、De氏は説明する。

De氏は、この信号は恒星の連星から生じたものではないと結論づけた。1年後、彼らは赤外線カメラで撮影した同じ星を調べた。

「あの赤外線データには、椅子から転げ落ちそうになりました。光源は近赤外線でとても明るかったのです」と、De氏は語る。

その結果、最初の熱い閃光の後、星はより冷たいエネルギーを放出し、おそらく星からのガスが凝縮して塵になったことが分かった。この物質は赤外線で検出できるほど冷たく、この星が他の星と統合する可能性を示唆している。

研究チームはさらにデータを解析し、NASAの赤外線宇宙望遠鏡NEOWISEで測定したデータと比較した。その結果、星が放出するエネルギーの総量は、過去に観測された星の合併の1,000分の1の大きさしかないことが確認された。

De氏は語る。「つまり、この星に合体したものは、これまで見たどの星よりも1,000倍は小さくなければならないということです。そして、木星の質量が太陽の質量の約1,000分の1であることも、うれしい偶然です。その時、私たちは気づいたのです『これは惑星で、その星に衝突しているのだ』と」。

このひらめきによって、謎が解けたという。「この明るく熱い閃光は、木星サイズの惑星が、死にかけた星の膨張した大気に引きずり込まれる最後の瞬間であったと思われる。惑星が星のコアに落ち込むと、星の外層は吹き飛び、翌年には冷たい塵として沈殿した」とリリースでは述べている。

「何十年もの間、私たちはその前と後を見ることができました。惑星がまだ恒星のすぐ近くを回っているときがビフォー、惑星がすでに飲み込まれ、恒星が巨大化しているときがアフターです。私たちが見逃していたのは、惑星がこの運命に巻き込まれる瞬間をリアルタイムで捉えることでした。この発見が本当にエキサイティングです」と、De氏は締めくくった。


論文

参考文献

研究の要旨

太陽のような恒星の周りには、公転周期が短い(およそ10日以下)惑星が多く存在する。恒星は進化するにつれて膨張するため、その近傍に存在する惑星が飲み込まれ、主星からの質量放出が起こることが予想される。しかし、この段階はこれまで直接観測されたことがない。今回、私たちはZTF SLRN-2020の観測を行い、明るく長寿命の赤外線放射を伴う銀河系円盤の短寿命光アウトバーストについて報告する。この光度曲線とスペクトルは、連星の合体によって発生することが確認されている赤色新星とよく似ている。その光度(約1035erg s-1)と放射エネルギー(約6.5×1041erg)は非常に低く、木星質量がおよそ10以下の惑星が太陽型主星に飲み込まれたことを示している。このような準高輝度赤色新星の銀河系での発生率は、およそ0.1〜数個/年であると推定される。将来の銀河面サーベイでは、このような赤色新星が日常的に発見され、惑星飲み込みの人口統計と太陽系内惑星の究極の運命が示されるはずだ。

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