超新星爆発とは何ですか？どれくらい怖いですか？

天文学についてあまり知らない人は、超新星爆発について知らないかもしれません。いくつかの星の進化の旅が終わりに近づくと、激しい爆発でその生涯を終え、残った部分は他の天体になります。この種の爆発は超新星爆発と呼ばれます。この用語は、1931 年に Walter Baade と Fritz Zwicky によって造られました。

このような爆発は、短時間で可視光線を含む膨大な量の電磁放射線を放出し、爆発が存在する銀河全体を照らす可能性もある。理論計算によれば、この期間中に超新星が放射するエネルギーは 10^44 ジュールに達する可能性があり、これは太陽がその生涯 (約 100 億年) で放射する総エネルギーに匹敵する非常に大きなエネルギー値です。いくつかの極超新星は、爆発中に短時間のうちに、太陽がその一生の間に放出するエネルギーよりもはるかに多くのエネルギーを放出します。

超新星爆発は2つの主要なカテゴリーに分けられます。

1つは、大質量星の寿命の終わりに、内部の核燃料が枯渇し、最終的に内部の放射圧が自身の重力に耐えられなくなり、急速に重力崩壊が起こり、重力位置エネルギーの解放による爆発に至るというタイプです。通常、太陽の8倍以上の質量を持つ星だけが超新星爆発を起こすことができます。言い換えれば、太陽は超新星爆発を起こすことはない。

もう 1 つのタイプは、連星系で 2 つの白色矮星が合体するとき、または白色矮星が伴星から集めた物質が十分な質量に蓄積してチャンドラセカール限界 (太陽の質量の 1.4 倍) に達したときに発生し、これも超新星爆発を引き起こす可能性があります。この種の爆発は珍しいように聞こえるかもしれないが、連星系は実は宇宙ではかなり一般的である。

中性子星とブラックホールは超新星爆発の際に形成されます。これら 2 種類のコンパクトな天体は非常に密度が高く、中性子星だけでも 1 立方センチメートルあたり 10 億トンの密度に達します。しかし、超新星爆発は必ずしもこのようなコンパクトな天体を形成するわけではありません。時には粉々に吹き飛ばされることもあります。

星が寿命の終わりに超新星爆発を起こすと、その物質の大部分が光速の10分の1の速度で放出され、衝撃波が発生します。その結果、膨張したガスと塵でできた殻のような構造が形成されます。この構造は超新星爆発の残骸です。

1054年、古代中国の天文学者たちは、昼間でも見えるほど明るい超新星爆発を目撃した。関連する歴史的記録によると、科学者たちは爆発の残骸が地球から6,500光年離れた現在も見ることができるかに星雲であることを確認した。超新星爆発の後、その中心核は崩壊してパルサー（パルサーは高速で回転する中性子星）となった。このパルサーは 1969 年まで発見されませんでした。これは、歴史的な超新星爆発の残骸として確認された最初の天体でした。

超新星爆発は、爆発によって放出されるエネルギーが極めて大きく、宇宙で最もエネルギーの高い天文現象の 1 つであるため、非常に恐ろしいものです。

超新星爆発の際に放出されるエネルギーは過小評価できないほど大きい。爆発が地球に近すぎる場所で起こった場合、爆発時に発生した強力なガンマ線放射が地球を襲い、地球の大気を変化させ、生命の絶滅を引き起こすほどの威力を持つことになる。この致命的な放射線はガンマ線バーストと呼ばれます。超新星爆発の際に生成されるほか、中性子星やブラックホールの合体の際にも生成されることがあります。

地球の歴史上、5回の大量絶滅が起こりました。科学者の研究によると、4億5000万年前に起きたオルドビス紀・シルル紀の絶滅は、当時地球の近くで起きた超新星爆発によって引き起こされた可能性が高い。爆発によって発生した放射線は当時地球のオゾン層の大部分を破壊し、多数の生物を致命的な放射線にさらした。

しかし、超新星爆発が人類に脅威を与える可能性は比較的低いので、心配する必要はありません。

まず第一に、ほとんどの星は非常に離れています。太陽に最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリは、わずか4.2光年離れています。超大質量星によって引き起こされる超新星爆発を除いて、一般的な超新星爆発は、地球から 50 ～ 100 光年以内にある場合にのみ地球に影響を与えます。

第二に、宇宙のほとんどの星は太陽よりも質量が小さく、質量が小さい星は通常、寿命が長く、太陽よりも長いこともあります。宇宙の年齢はわずか138億年です。平均すると、天の川銀河では 100 年に 2 ～ 3 回の超新星爆発しか発生しません。ただ、宇宙にある銀河の数は膨大で、宇宙では毎日のように超新星爆発が起きていますが、それらはすべて天の川銀河の外側にあり、地球から遠すぎるため、地球に脅威を与えることはありません。

超新星爆発は恐ろしいものですが、宇宙の天体の進化において最も重要な要素の一つでもあります。周期表の鉄の後の元素は基本的に超新星爆発の際に形成されるため、超新星爆発がなければ、宇宙に生命が存在することすら不可能でしょう。 2 つの軽い元素が融合して重い元素になることもありますが、条件は極めて厳しく、数億度、あるいは数十億度の温度が必要になります。このような過酷な高温高圧状態は、超新星爆発の際にのみ達成されます。

さらに、1960 年代に天文学者は、Ia 型超新星爆発の最大輝度の絶対等級が光度曲線と明確な機能的関係にあることを発見しました。光度曲線は、銀河までの距離を測定するために使用でき、天文学的な距離測定の標準光源として機能します。