130億歳！新しいタイプの星、それは私たちにどんな秘密を明らかにするのでしょうか?

私たちの銀河の金は、磁気回転極性超新星の爆発と関係があるかもしれない。

科学者たちは、130億年前に誕生した天の川銀河の元素の起源に関する秘密を明らかにする可能性のある新しいタイプの恒星爆発を発見した。

画像提供: NASA/Common Resources

注: この記事はもともと「Dialogue」ウェブサイトで公開されました。この記事の内容は、「Space」ウェブサイトの「Expert Speak」セクションのコメントと洞察に基づいています。この記事の著者 2 人: David Young はオーストラリア国立大学天文学・天体物理学部の研究者です。ゲイリー・ダ・コスタはオーストラリア国立大学の天文学の名誉教授です。

最近まで、科学者たちは、重元素（亜鉛より重い元素）は中性子星の合体、つまり連星系内の2つの巨大な星の残骸が互いに結合するときに起こるプロセスによってのみ生成されると信じていました。

しかし、私たちは、重元素がビッグバンの直後、つまり宇宙がまだ非常に若く、中性子星の合体プロセスさえまだ起こっていなかったときに生成されたことを知っています。したがって、天の川銀河における重元素の初期形成の起源を説明する別の理由を見つける必要があります。

天の川銀河のハロー（天の川銀河を取り囲む球状の領域）で発見された SMSS J2003-1142 という古代の星は、ウランや金などの重元素の形成に関する初の代替経路の可能性を示しています。

私たちの天の川の周りには、高温のガスで構成された銀河ハローがあります。それは、天の川銀河で絶えず生まれては死んでいく星々から放出された物質によって形成されます。銀河ハロー内の星は、天の川銀河全体の星の数のわずか 1% を占めるにすぎません。 (NASAジェット推進研究所の画像)

私たちは最近、Nature誌に研究結果を発表し、SMSS J2003-1142の重元素は中性子星の合体によって生成されたのではなく、強い磁場を持ち、太陽の25倍の質量を持つ高速で回転する恒星の崩壊と爆発の間に形成された可能性が高いことを指摘しました。

この爆発プロセスを磁気回転超新星爆発と呼びます。

極超新星の爆発エネルギーは超新星の10倍以上です。

背景説明:

科学者たちは、中性子星の合体プロセスが重元素の発生源の一つであることを確認した。これは連星系における 2 つの中性子星の激しい合体プロセスです。これを「キロノバ」と呼び、この過程で重元素が形成される可能性があります。

連星系は、共通の質量中心を周回する 2 つの恒星のシステムであり、中性子星の合体は、連星系内で 2 つの中性子星が衝突するときに発生するプロセスであり、重元素を生成する可能性があります (NASA の画像)

しかし、私たちの銀河の化学進化のモデルは、中性子星の合体という単一のプロセスでは、SMSS J2003-1142を含む複数の古代の星に見られる元素分布パターンを生成するのに十分ではないことを示唆しています。

SMSS J2003-1142 星 - 初期宇宙の遺物:

SMSS J2003-1142という星は、2016年にオーストラリアで観測され、その後2019年9月にチリの南天天文台で再び観測されました。

これらの観察に基づいて、私たちは星の化学組成を研究し、分析によってその鉄含有量が太陽の3,000分の1であることが明らかになりました。これは、化学的観点から見ると、星がまだ初期段階にあることを意味します。

この星の元素の分布を見ると、ビッグバンの直後に親星から生まれたように見えます。

私たちは、それがおそらく急速に回転し、崩壊している恒星から来たものであることを発見しました。

SMSS J2003-1142 の化学組成から、その親星の特徴が明らかになる。窒素、亜鉛、そしてユーロピウムやウランなどの重元素の含有量が驚くほど高いという点で珍しい。

ユーロピウムとウラン

窒素含有量が多いということは、親星が高速で回転していたことを示唆しており、亜鉛含有量が多いということは、前回の爆発が一般的な超新星の10倍のエネルギーを持っていた、つまり極超新星だったことを示唆している。ウラン含有量が多いということは、その形成には多数の中性子が必要であることを示しています。

この星で観測されるすべての重元素濃度は、この星が以前のサイクロトロン超新星爆発から来たものであることを示しています。

私たちの研究は、ジャイロポーラ超新星が天の川銀河における重元素の代替源であるという初めての証拠を示しています。

中性子星の合体プロセスだけでは観測結果を説明するのに不十分なのはなぜですか?

しかし、SMSS J2003-1142 の重元素が中性子星の合体によってのみ生成されたのではないとどうしてわかるのでしょうか?理由は次のとおりです。

この星のすべての要素は単一の親星によって形成されたと仮定します。なぜなら、この星の現在の要素が 2 つの中性子星の合体によって形成されたとしたら、非常に長い時間がかかるからです。しかし、銀河形成の初期段階では、これらの要素を作り出すのに十分な時間がなかったのです。

さらに、中性子星の合体では重元素のみが形成されるため、SMSS J2003-1142 星で観測されたカルシウムなどの元素を説明するには、追加の超新星爆発プロセスが必要になります。そうしないと、プロセス全体が非常に複雑になり、現在の観察結果を説明できなくなる可能性があります。

ジャイロポーラ超新星モデルは、データに適合するだけでなく、単一の爆発イベントを使用して星の構成を説明することもできます。この新しい理論は、中性子星合体理論と組み合わせることで、天の川銀河の重元素の起源を説明できるはずだ。

著者: デイビッド・ヨン、ゲイリー・ダ・コスタ

FY: テレスコープX

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