「踊る」スターたちは「退屈」すぎるのでしょうか？太りすぎかも…

赤色超巨星のダンスは死闘か、それとも目もくらむような噴火か?

赤色超巨星は、含まれるガスが多すぎるため「踊る」性質があり、その光があちこちで揺れ動き、反転させるのが困難です。

赤色超巨星の周りを回る太陽系外惑星の想像図。遠くの明るい光は、同じくらいの大きさの星から発せられています。

（写真提供：Bixiu.com）

科学者たちはついに、一部の巨大な星が実際には動いていないのに空を舞っているように見える理由を説明できるかもしれない。新たな研究によると、これらの星は泡のような珍しい核を持っており、それが表面を揺らし、放出する光の量を変化させているという。

これらの踊る星々は赤色超巨星と呼ばれ、膨張してその後冷え、寿命の終わりに近づいている巨大な天体です。これらの恒星の質量は太陽の約 8 倍、直径は太陽の最大 700 倍にも達します。これは、火星の軌道を超えて拡大した太陽の表面に相当する大きさです (太陽の位置に置かれた場合、水星、金星、地球、火星を徐々に飲み込んでしまいます)。しかし、その巨大なサイズにもかかわらず、ゆっくりと死につつあるこれらの巨人の場所を正確に特定することは困難な作業です。

通常、天文学者は、星の光学中心、つまり星が発する光の中心を特定することで、星のおおよその位置を判断できます。光学中心は通常、星の重力中心、つまり重心と完全に一致します。ほとんどの恒星では、光学中心の位置は固定されています。しかし、赤色超巨星では、これらの点は星の上で揺れ動き、時間の経過とともに常に一方に移動します。星の質量中心は宇宙における正確な位置を示し、光学中心のように揺れることはありませんが、光学中心のこの動きにより、重力中心を特定することが非常に困難になります。

新たな研究で、研究者らは「踊る」赤色超巨星と、より小さな主系列星、つまりその生涯のより安定した段階にある星を比較した。科学者たちは、ESAのガイア宇宙望遠鏡のデータを使い、太陽系から7,500光年離れた密集した星団であるペルセウス座星団の星を観察した。

「赤色超巨星の位置の不確実性は、他の恒星より​​もはるかに大きいことがわかった」と、ハワイ大学の天文学者で、ドイツ・ミュンヘンの天体物理・粒子・生物物理学研究所所長で、研究の共著者であるロルフ・クドリスキー氏は声明で述べた。こうした恒星の揺れの根底にある論理を解明するために、研究チームは赤色超巨星の表面強度の地図を作成し、それらが放出する放射線を測定および計算し、流体力学シミュレータを使用してその三次元殻の変動を表現した。

これらの地図は、赤色超巨星の表面が非常に動的であり、多くの塊状のガス構造が時間の経過とともに形成され、消滅し、表面の他のどの場所よりも多くの高密度のエネルギーを噴出していることを示しています。これらの短命だが依然として強力な構造は、星の表面の残りの部分よりも明るく燃え、星の光学中心の移動を引き起こします。明るい構造が赤色超巨星の左側で光ると、その光学中心は左に移動します。

研究中に作成された表面マップの 1 つ。このビデオは、赤色超巨星の表面が数か月から数年かけてどのように変化するかを示しています。明るいオレンジ色と黄色の領域は強度が高く、強度の低い赤色と黒色の領域よりも多くの光を生成します。

(画像出典: A. Chiawasa et al. 2022)

赤色超巨星の巨大なサイズが、なぜこのようなことが起こるのかを説明できるかもしれない。ほとんどの恒星の外殻は、数千の隣接する対流細胞で構成されています。対流細胞とは、渦巻くガス（主に水素とヘリウム）の小さく細長い領域で、高温のガスを恒星の内部から恒星の外表面へと運び、そこで溶岩ランプの泡のように冷えて再び沈んでいきます。

しかし、赤色超巨星はサイズが大きいため、表面の重力は中心核の重力よりもはるかに弱くなります。そのため、その対流細胞は他の恒星の対流細胞よりもはるかに大きく、赤色超巨星自体の半径の約 20% ～ 30%、または直径の 40% ～ 60% を占めます。研究によれば、対流細胞が大きくなれば、より多くのガスが恒星の表面に運ばれ、その結果、恒星の光学中心を移動させるほどの高強度の明るい構造が形成されるという。

研究チームのデータは、これらの表面構造の大きさが様々であり、それが近くに留まる期間を決定することを明らかにした。 「最も大きな構造は通常、数か月から数年にわたって持続するが、より小さな構造は数週間以内に進化する」と、リースのラグランジュ研究所およびミュンヘンのマックス・プランク天体物理学研究所（MPIA）の天文学者で主執筆者のアンドレア・キアヴァッサ氏は声明で述べた。 「これは、これらの星の光学中心の位置が絶えず変化していることを示唆している。」

このビデオは、赤色超巨星の光学中心が時間の経過とともにどのように移動し、宇宙空間で揺れているように見えるかを示しています。

(画像出典: A. Chiawasa et al. 2022)

天文学者たちは、赤色超巨星が銀河の進化に重要な役割を果たしているのではないかと疑っている。これらの巨大な星は、新しい星や太陽系外惑星の形成に不可欠な大量のガスと重元素を放出します。超巨星の大きく明るい表面構造は、これらの重要な物質を解放する噴出プロセスに寄与している可能性が高い。こうした恒星の「揺れ」に関する今後の研究は、それが発生する正確なプロセスを解明するのに役立つかもしれない。

「これらの赤色巨星が空を横切って踊る規則性は、その沸騰する外殻についてより多くのことを教えてくれる」と、研究の共著者でMPIA所長のテルマ・デ・ミンク氏は声明で述べた。 「私たちは星の力学に関するより重要な情報を抽出し、これらの星の激しい対流運動を引き起こす物理的プロセスをよりよく理解できるようになります。」

著者: ハリー・ベイカー

FY: ニャルラトホテプはとんでもない

関連する内容に著作権侵害がある場合は、作品公開後に作者に連絡して削除してもらってください。

転載の際は許可を得て、出典の明示と著作権の保持に留意してください。