夜空に浮かぶ「大きなカニ」は、数千年前に異常な天体が残した痕跡なのでしょうか？

著者 |馮紫陽

レビュー |董 晨慧、趙 静源

編集者 |趙静源

1054年、空に珍しい天体が現れました。その明るさは金星の明るさに似ていました。それは642日間人々の目に留まり、その後広大な星空の中に消えていきました。現在、この超新星はSN 1054、別名天官客星として知られていることが分かっています。それが残した残骸が有名なかに星雲です。かに星雲はメシエカタログの最初の天体、つまりM1として番号が付けられており、おうし座ζ星（この星の古代中国名は天官）の北西に位置しています。見かけの明るさは8.4等級で、肉眼では見るのは難しいですが、条件が良ければ双眼鏡でかろうじて観察できます。

SN 1054 の爆発のソフトウェア シミュレーションと、古代中国の書籍の関連記録。出典: Stellarium、「古代中国天文記録集」

かに星雲は、天球上で赤経05時34分31.94秒、赤緯+22°00′52.2″（紀元J2000）に位置します。 M1のほか、NGC 1952、LBN 833などとも番号が付けられている。中心にパルサーを持つ、初めて確認された超新星残骸である。かに星雲は地球から約6,500光年離れており、直径は約11光年、秒速約1,500キロメートルの速度で膨張しています。

かに星雲M1。出典: ステラリウム

かに星雲の写真では、色の異なる 2 つの領域を区別できます。外側の部分は赤いフィラメント構造で構成されており、そのスペクトルには強い輝線が含まれています。 1054 年の超新星爆発では、かに星雲の祖先星が物質の外層を極めて高速で放出しました。これらの物質は周囲の星間物質と相互作用して糸状の構造を形成しました。そして、中心核付近の青い拡散領域。この領域のスペクトルは連続スペクトルです。かに星雲内の電子はパルサーの磁場によって偏向され、加速されます。放射線は青く見え、高度に偏光しています。

ハッブル宇宙望遠鏡が捉えたかに星雲。出典: NASA

人々はほぼ千年にわたってかに星雲を観察してきました。 1054年7月4日、早朝、東の空に奇妙な光景が現れました。北宋の天文局の役人は、この出来事を忠実に記録しています。「志和元年五月、朝、東に現れ、天門を守っていた。」昼間は太白の角が四方に伸び、色が赤と白で、23日間見られる（宋慧瑶）。このゲストスターに関する記録は、中国のほか、日本やイラクなどの国にも残されている。

「歌史・天文」では天観のゲスト出演も収録。出典：参考文献6

1731年、イギリスの天文学者ジョン・ビーヴィスがこの神秘的な星雲を初めて観測し、星図に描きました。 1758年、フランスの天文学者シャルル・メシエも、おうし座の方向にあるこの星雲を独自に発見し、自身の星表に天体番号1として掲載しました。(メシエは当時、帰ってきたハレー彗星を探していたため、この星雲を彗星と間違えました。このぼんやりとした天体が彗星ではないと気づくまで、しばらく時間がかかりました。この経験から、彗星のような深宇宙天体のリストをまとめることになり、これがメシエカタログとなりました。) 1840年代初頭、アイルランドの天文学者ウィリアム・パーソンズ (第3代ロス伯爵) もこの星雲を観察し、スケッチを描きました。彼が描いた像はカニによく似ていたため、カニ星雲と名付けられました。

ウィリアム・パーソンズによるかに星雲のスケッチ、出典：文献5

1921年、アメリカの天文学者カール・ランプランドは、かに星雲の形態が変化したことを発見しました。これは後にアメリカの天文学者ジョン・ダンカンによって確認され、ダンカンはかに星雲が拡大していることを強調しました。同年、スウェーデンの天文学者クヌート・ルンドマルクは、古代中国の書物に載っている「新星」の疑いのあるものを60個挙げており（当時は超新星は知られておらず、これらの「新星」の中には実際には超新星もあった）、1054番の客星もその中に含まれていた。 1928年、アメリカの天文学者エドウィン・ハッブルは、かに星雲の膨張は恒星の爆発によって形成された可能性があることを示唆していることに気づきました。彼は膨張率から爆発が900年前に起こったと計算し、かに星雲が1054年の客星と関係があるかもしれないと初めて推測した。

1934年、ドイツの天文学者ヴァルター・バーデとスイスの天文学者フリッツ・ツビッキーは、超新星と呼ばれる極めて高エネルギーの恒星爆発の存在を提唱しました。 1939年、アメリカの天文学者ニコラス・メイオールは、かに星雲の距離と大きさを測定し、1054年のゲスト星は超新星である可能性があると推測し、かに星雲がその名残である可能性が高いことを予備的に確認しました。その後、マヨールはオランダの天文学者ヤン・オールトと協力してさらに詳細な研究を行い、3年前の1942年に得た予備的な結論を最終的に証明した。

かに星雲からの電波パルス。クレジット: NRAO

1968年、アメリカの天文学者デイビッド・スターリンとエドワード・ライフェンシュタインは、グリーンバンク電波望遠鏡を使用してかに星雲の近くに2つの脈動電波源を発見し、かに星雲と関連がある可能性があると指摘しましたが、解像度が限られていたため正確に位置を特定できず、明確な答えを出すことができませんでした。同年11月、アメリカの天文学者リチャード・ラヴレースらはアレシボ電波望遠鏡を使ってパルス電波源の一つの位置を正確に突き止め、それがかに星雲の中心部にあることを突き止め、そのパルス周期を33ミリ秒と計測した。これは、1054 年の超新星爆発から残された核物質です。かに星雲パルサー (PSR B0531+21 とも番号が付けられています)。かに星雲パルサーの直径はわずか20キロメートルほどですが、その質量は太陽よりも大きいです。また、光帯域で光の変化を示す珍しい光パルサーでもあります。この変光星にはCM Tauriという番号が付けられています。光の変化周期は電波パルス周期と同じで、どちらも 33.085 ミリ秒であり、これは自転周期でもあります。このパルサーの見かけの等級は 16.65 で、これはこの非常に小さな超新星残骸の絶対等級が約 5.3 であることを意味します。これは太陽の絶対等級 (わずかに明るい) に匹敵します。

星図上のかに星雲の位置。出典: ステラリウム

かに星雲は比較的暗く、メシエカタログの中でも観測が難しい天体の一つです。条件が良好なときに 10×50 双眼鏡を使用すると、ぼんやりとした点しか見えません。 5インチの望遠鏡を使用すると、わずかに形がはっきりした不規則な星雲がかろうじて見えます。星雲内部にはぼんやりと縞状の構造が見える。大口径の望遠鏡を使用すると、かに星雲本体はおおよそ北西から南東の方向にS字型をしており、南東側が暗く、端の部分が広がって奥深くまで暗い領域が広がっていることがわかります。星雲の中央部分には16等星が2つ見え、南西にある暗い星はかに星雲パルサーです。

アメリカのアマチュア天文学者ハワード・バニッチは、28 インチの望遠鏡を使用してかに星雲とそのパルサーを視覚的に観察し、このスケッチを描きました。出典: 参考文献11

かに星雲は、最も集中的に研究され、最も有名な超新星残骸の一つです。ほぼ 1 世紀にわたる研究は、天文学のあらゆる側面、特に超新星、中性子星、宇宙線などの最先端の分野に大きな影響を与えてきました。晩秋から早春にかけての晴れた夜に、お友達と一緒にこの古代の神秘的な星雲を探しに行き、宇宙の魅力を味わってみませんか。

参考文献

(1) M1、SEDSメシエデータベース、http://www.messier.seds.org/m/m001.html#bolton1949

（２）かに星雲、ウィキペディア、https://en.wikipedia.org/wiki/Crab_Nebula

（３）ロナルド・ストヤン『メシエ天体のアトラス』

(4) 星の死の苦しみ、NASA、https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-highlights/the-death-throes-of-stars/

(5) ロス卿によるかに星雲M1の絵、http://www.messier.seds.org/more/m001_rosse.html

（6）宋代の歴史：天文学、中国国家デジタル図書館、http://read.nlc.cn/OutOpenBook/OpenObjectBook?aid=892&bid=222852.0

（７）マルチバンド天文学とは何ですか？これを読むだけで十分です！ |天文学者のチートシート、WeChatパブリックアカウント「中国科学院高エネルギー物理研究所」、https://mp.weixin.qq.com/s/7-y781GOT_YBxxCSmN9CfA

(8) SN 1054、ウィキペディア、https://en.m.wikipedia.org/wiki/SN_1054

(9) クラブパルサー、ウィキペディア、https://en.m.wikipedia.org/wiki/Crab_Pulsar

(10) かに星雲とパルサー、NRAO、https://www.nrao.edu/archives/items/show/33474

（11）ハワード・バニッチの個人ホームページ、https://sites.google.com/site/howardbanichhomepage/observations/observing-notebook-scans/notebook-10-1?authuser=0