40年近く前、地球の住人は珍しい宇宙の光景、つまり肉眼でも見える空で星が爆発する光景を経験しました。超新星 1987A (SN 1987A) と呼ばれるこの現象は、過去 4 世紀で最もそれに近い出来事でした。それ以来、天文学者たちは、超新星の中心近く、放射性の灰と白熱ガスからなる拡張された星雲の中に隠されるであろう恒星の残骸を観察しようと試みてきた。今回、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) の力のおかげで、科学者チームはついにそのとらえどころのない鉱山を発見し、爆発によって星の光を飲み込むブラックホールではなく、非常に密度の高い中性子星が生じたという疑惑を裏付けた。

この発見は木曜日に発表された 科学JWST の前例のない赤外線機能を使用して SN 1987A を囲むベールを透過し、真に新しい光で見ることができるようにしました。スウェーデンのストックホルム大学のクレス・フランソン率いる天文学者らは、星の消滅後に残された破片の中心部を覗き込み、イオン化したアルゴンと硫黄の兆候、つまり電子を剥ぎ取られるほど外力によって衝撃を受けた元素の証拠を検出した。これらのエネルギー元素は、近くの中性子星からの強い紫外線や X 線の衝突によって生成されない限り、SN 1987A の「爆心地」の近くに存在するとは予想されません。放射線のバーストを放出する摂食ブラックホールも結果を説明できる可能性があるが、30年以上にわたる観測ではSN 1987A内にそのような信号は他に何も明らかにできておらず、JWSTの結果は中性子星の存在のほぼ完全な証拠となっている。

「これは非常に興味深いことです」とウェールズのカーディフ大学の天体物理学者松浦美加子氏は言う。松浦氏はこの研究には関与しておらず、2019年にこの超新星から中性子星が見つかるだろうと以前に示唆していた。 「これはおそらく、超新星 1987A に中性子星が存在したことを示す最も強力な証拠です。」

科学ジャーナリズムの支援について

この記事を気に入っていただけた場合は、受賞歴のあるジャーナリズムをサポートすることを検討してください。 購読 購読を購入することで、今日の世界を形作る発見やアイデアに関するインパクトのあるストーリーを未来に確実に届けることができます。

SN 1987A は、1987 年 2 月 23 日に、地球から約 16 万光年離れた天の川銀河の矮小衛星銀河である大マゼラン雲で爆発しました。私たちの惑星のこれほど近くで超新星が観測されたのは、1604 年のケプラーの超新星以来です。この超新星は、私たちの銀河系内で約 20,000 光年の距離で星が爆発しました。 SN 1987A は、空が突然明るくなったために 1987 年の初めに発見されましたが、超新星爆発の最初の兆候は、閃光の数時間前に地球を襲ったニュートリノのバーストによって起こりました。地球上に点在するニュートリノ観測所で記録されたその爆発は、散在する星の残骸のどこかに中性子星が形成された明らかな証拠でした。さらなる分析により、SN 1987A の祖先は太陽の約 18 倍の質量を持つ青色超巨星である可能性が高いことが明らかになり、中性子星の問題はさらに深刻になりました。その質量は重いものの、ブラック ホールを簡単に形成できないほど十分軽いのです。

超新星は主に 2 つの方法で発生します。1 つは、星が小さな伴星から大量の物質を放出し、爆発する場合です。これにより、ケプラー超新星などの Ia 型超新星が発生します。 2 番目のタイプの超新星 (SN 1987A などのタイプ II 超新星) は、深部から発せられる光の外側への圧力によって自重で崩壊することから守られていた非常に重い星が、突然中心部の燃料を使い果たすときに発生します。星を支える余剰の星の光がなくなると、星の外層が内側に崩壊し、その後外側に爆発し、周囲の物質に衝撃波が広がります。このプロセスは、銀河全体の星よりも多くの光を急速に放出し、太陽質量の核を都市サイズの超高密度領域、つまり中性子星に押しつぶす可能性があります。最初の星が特に質量が大きかった (太陽質量 20 以上) 場合、結果としてより重くなった中性子星が崩壊してブラック ホールになります。

この研究には関与していない英国のセントラル・ランカシャー大学のジョアン・プレジャー氏は、中性子星がこれほど近くにあることは科学的に興味深いと述べている。 「中性子星では物理学が異なります」と彼女は言い、これらの物体の極端な重力場が内部を圧迫して物質のエキゾチックな状態を作り出し、周囲の時空構造を大きく歪ませると付け加えた。 「中性子星、特によく研究できる近接中性子星を検出できれば、実験室では再現できない領域の物理法則を理解し始めることができます。」

天文学者たちはすでにSN 1987Aがブラックホールを残していないのではないかと疑っていましたが、それを確かめたかったのです。フランソン氏らは、JWSTが初めて科学活動を開始した2022年7月に、超新星中心近くで明らかにイオン化したアルゴンと硫黄の明確な信号を観測した。 「[SN 1987A] これは最初に観測された天体の 1 つでした」とフランソン氏は述べ、JWST が超新星の余波を約 10 時間研究したと付け加えた。

「それらを生成できる唯一のエネルギー源 [signs] 中性子星だ」と、研究の共著者であるアイルランドのメイヌース大学のパトリック・カバナー氏は言う。ブラックホールが同じことをするには、別の星などの何らかの源から物質を激しく食べる必要があるが、その証拠はない。 「私たちはさまざまな可能性をすべて評価したと自信を持っています」とカバナー氏は言う。 「中性子星の存在以外はすべて除外しました。」

イオン化した物質によって放出される光を注意深く解析すると、中性子星がSN 1987Aの正確な中心にないことが明らかになります。むしろ、超新星からの「キック」を受けたため、わずかにオフセットされています。星が爆発するとき、わずかな不均衡により、放出された物質の多くがどちらかの側に移動し、中性子星は風船から出た卵のように反対方向に後退してしまいました。観測によると、中性子星は地球に向かってわずかに移動しており、大変動の誕生の場所から約5000億キロメートルの距離を移動している。 「キックの速度は毎秒約 400 キロメートルです」とカヴァナ氏は言います。これは地球上の私たちにとっては想像を絶する速さですが、それでも光年の広大さに比べれば非常に遅いです。

これが SN 1987A の残骸であるかどうかは不明です。 今！ 中性子星です。代わりに、それはパルサーである可能性があります。パルサーは、非常に高速で回転する中性子星であり、極からエネルギーの流れを放出し、宇宙の灯台の光のように空の一部に広がります。天体物理学センターのイベット・センデス氏は、「パルサーが存在するとしても、ビームは私たちに向けられていないため、検出することはできない」と話す。ハーバード大学とスミソニアン博物館はこの研究には関与していなかった。しかし、それを知る別の方法があるかもしれません。標準的な中性子星のシナリオでは、恒星の残骸からの熱が非常に強力であるため、イオン化したシリコンのビーコンが生成され、それが広範囲に広がる雲の中に散乱します。放出が熱によって支配されるのではなく、最も内側のデブリに衝撃を与える電子やその他の粒子の風によって支配されるパルサー モデルでは、イオン化したシリコンはよりまれになるはずです。したがって、SN 1987A の周囲でシリコンを観察してマッピングできれば、「この 2 つを区別できる」とカバナー氏は言います。 2023年末と今週初めにチームによって行われたまだ未公開の追跡調査JWST観測には、その答えが含まれている可能性があります。

これらの観測は、タイプ II 超新星爆発後の初期の瞬間についての新たな洞察を提供します。 「これまで中性子星の形成を見たことがありませんでした」とフランソン氏は言う。 「JWSTや他の望遠鏡を使ってこの宇宙的に若い天体をさらに研究できるようになったので、天文学者はこれらの驚くべき恒星の出来事についてさらに学ぶことができるはずです。」 「我々の銀河系で超新星が発見されるまでは、これが我々が保有する中で最もよく研​​究された超新星となるでしょう」とセンデス氏は言う。

科学のために立ち上がる時が来た

この記事が気に入っていただけましたら、サポートをお願いいたします。 科学的アメリカ人 彼は 180 年にわたって科学と産業の擁護者としての役割を果たしてきましたが、今がその 2 世紀の歴史の中で最も重要な瞬間かもしれません。

私もその一人でした 科学的アメリカ人 私は 12 歳から会員であり、私の世界観を形作るのに役立ってきました。 科学 いつも私を教育し、楽しませてくれて、私たちの広大で美しい宇宙に対する畏敬の念を抱かせてくれます。あなたにとっても同じようになれば幸いです。

もしあなたが 同意する 科学的アメリカ人あなたは、私たちの報道が有意義な研究と発見に焦点を当てていることを保証するために協力してください。私たちは、アメリカ全土の研究所を危険にさらす決定について報告するリソースを持っています。そして、科学の価値があまりにも頻繁に認識されている現在、私たちは新進の科学者と現役の科学者の両方をサポートします。

その代わりに、必要なニュースが得られます。 魅力的なポッドキャスト、素晴らしいインフォグラフィック、 ニュースレターをお見逃しなく、ビデオもぜひご覧ください。 挑戦的なゲーム、そして科学の世界からの最高の執筆とレポート。あなたもできます メンバーシップを誰かにプレゼントします。

私たちが立ち上がり、なぜ科学が重要なのかを示すことがこれほど重要な時期はありません。その使命において私たちをサポートしていただければ幸いです。