初期の星はまだ死んでいないかもしれない！それはバブルを残す

科学者らが初期の恒星を破壊した超新星を発見

研究チームは131億年前のクエーサーを使って、種族IIIの恒星の化学的な痕跡を検出した。

天文学者たちは、宇宙が誕生してわずか1000万年だった頃に存在し、現在超新星として爆発している最古の星の一つである可能性のある星の化学的な痕跡を発見した。

これらの「第一世代の星」は、種族IIIの星として知られ、一生の間に蓄積した化学物質を、巨大爆発と呼ばれる超新星爆発で宇宙全体に拡散させます。これらの物質は、次世代の星、惑星、さらには人類の形成と進化に関与しています。これはまた、137 億年にわたる宇宙の歴史を理解するには、まずこれらの最も初期の星がどのようにして宇宙に重金属を豊富に与えたかを理解する必要があることを意味します。

しかし、これまで科学者たちは、これらの古代の星、すなわち種族 III の直接的な証拠を見つけることができていません。

アーティストによるクローズアップは、種族 III の星がビッグバンから 1 億年後に出現するという事実に基づいています。

(画像提供: 国際赤外線天文学研究所/国立健康財団/天文学研究協会/J. ダシヴァ/Space Engines)

科学者グループはハワイ諸島にある口径8.1メートルのジェミニ北望遠鏡で観測中に、ブラックホールの制御下で強い光を発する銀河のような構造を発見した。科学者たちは、その光は131億年前に宇宙から来たのではないかと推測している。彼らはまた、宇宙の巨大な泡のように、独特の化学的性質を持つ物質の雲を周囲に発見した。

科学者たちは、星間雲内の化学物質を濾過して観測する既存の技術を使用して、異常に高いレベルのマグネシウムを発見した。これは太陽の量の10倍にあたる。天文学者たちは、これらの星雲の破片は第一世代の星の超新星爆発の結果である可能性があると考えています。これらの惑星は、対不安定性超新星として知られ、太陽の300倍以上の力で爆発します。

天文学者たちはこれまでに1つの対不安定性超新星を発見しており、赤色巨星状態の太陽の150～250倍の質量を持つこの超新星のような巨大な星だけが、このような激しい爆発を起こすことができると理論づけている。

この爆発について推測を続けると、星の中の光子は自発的に負の電子に変わり、正に帯電した陽電子とともに、星自身の重力場と相互作用する外向きの放射線場を形成することになります。しかし、この効果は星の寿命の間にのみ存在します。したがって、星は寿命の終わりに内部重力崩壊を経験し、その表面物質は「爆発」して、今日私たちが観測している超新星爆発を形成します。

これは、科学者が第一世代の星を研究するために使用する、比較的近くにあるクエーサーの画像です。

(画像提供: 国際赤外線天文学研究所/国立健康財団/天文学研究協会/J. ダシヴァ/Space Engines)

最初の超新星爆発ではニュートン銀河やブラックホールの形をした残骸が残されましたが、それらは外観的にも機能的にももはや対不安定性超新星ではありません。しかし、太陽は依然として、爆発的な規模で保有する物質を宇宙に放出し続けています。

これは実際には、これらの超新星は恒星の破片を観測することによっては発見されないことを意味します。現時点では、爆発時に直接観察するか、爆発した物質の中に残骸を探すかの 2 つの方法でしか観測できません。

「この超新星候補は明らかに種族IIIの対不安定性超新星であり、過去には星が破片を残さずに爆発した」と、研究の共著者で東京の天文学者、吉井譲氏は述べた。 「この対不安定性超新星の質量が太陽のマグネシウムや鉄の300倍だったことに私は喜びと同時に少し驚きました。なぜならクエーサーから得られる値の基準が非常に低いからです。」

第一世代の星の化学残留物が発見される

吉井氏は東京の天文学者桜井翔太氏とノートルダム大学の天文学者ティモシー・ビール氏と協力し、8.1メートルのジェミニ北望遠鏡を使って第3種超新星の兆候を捉えた。天体は元素を吸収すると同時に特定の波長の光を放射するため、星間塵の雲や新しい惑星の大気圏を通過するたびに「指紋」をはっきりと残します。この光の痕跡を捉えて識別することで、ジェミニ北望遠鏡センターにあるような分光計は、科学者が星間雲の化学組成を決定するのに役立ちます。しかし、観測対象物の明るさは元素の量だけでなくレベルにも依存することが示されているため、元素の量を決定することは困難でした。

これは、太陽の 300 倍の質量を持つ遠方の惑星が超新星爆発を起こしている様子のクローズアップです。 （画像提供：国際赤外線天文学研究所/国立健康財団/天文学研究協会/J.ダシヴァ/スペースエンジンズ

東京大学の教授たちは、クエーサーから放射される光波の強度を周波数スペクトル全体にわたって測定することでこの問題を解決しました。この方法は、同じ分野の他の科学者たちに刺激を与え、クエーサーの周りの星間雲に含まれる豊富な物質がもたらす謎を解くきっかけを与えた。最終的に、星間雲に鉄が多く含まれていることが、鉄がもっとあるという当初の理論を覆しました。

吉井氏と彼のチームは、これが種族IIIと対不安定性超新星のこれまでで最も明確な兆候であると考えています。次に、研究チームは同様のクエーサー雲を発見し、それがこれらの役割を果たしているかどうかを調査することを目指しています。

巨大な種族IIIの星はずっと前にその寿命を終えたかもしれないが、その壮大な爆発は、同じくらい離れた場所からしか見ることができず、その爆発的な進化は、地元住民が住んでいる場所でも肉眼で見ることができる。研究チームは、この対不安定性の特徴は長期間持続する可能性があるため、何年も前に死んだ星がその領域で存在の証拠を見つける可能性があると推測している。

「我々は今何を求めているか分かっており、その方法もわかっている」とビールズ氏は語った。 「これはずっと昔にこれらの場所で起こったことだ。私たちはこれがそこで起こったとほぼ確信している。私たちがすべきことは、その証拠を見つけることだ。」チームの研究結果はarXiv論文ライブラリへの収録対象として選定され、Astrophysical Journalに掲載される予定です。

著者:ロバート・リー

FY:E-オレンジ

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