短命な天体「宇宙の噴水」は共通外層を持つ連星の可能性、アルマ望遠鏡の観測成果

【▲ 「宇宙の噴水」天体の想像図。巨星とその大気に入り込んだ小さな星の相互作用によってジェットが噴出し、物質の環が形成されている（Credit: Danielle Futselaar、artsource.nl ）】

チャルマース工科大学（スウェーデン）のTheo Khouriさんを筆頭に、鹿児島大学の今井裕准教授らが参加した研究グループは、「宇宙の噴水」と呼ばれる天体に関する新たな研究成果を発表しました。研究グループによると、「宇宙の噴水」天体は1000億個もの恒星が存在するとされる天の川銀河でも15例しか見つかっていないめずらしい天体とされており、今回の研究ではその正体が比較的軽い恒星どうしの連星である可能性が示されました。

■質量が太陽程度の星々からなる連星は必ず「宇宙の噴水」天体になる可能性

太陽は単独で存在する星ですが、宇宙には2つ以上の星からなる連星も数多く存在しています。この連星をなす恒星の1つがやがて巨星へと進化した時、すぐ近くを別の星が公転していた場合、両者は一体化すると想定されています。一体となった2つの星を取り巻くガスと塵でできた分厚い層は「共通外層」と呼ばれており、共通外層を持つ連星は様々な形態を示す惑星状星雲やIa型超新星（※）などと関連していることが考えられるといいます。

※…白色矮星と恒星からなる連星において恒星から移動したガスが白色矮星へ降り積もり続けた結果、白色矮星の質量が太陽の約1.4倍（チャンドラセカール限界質量）に達した時に起きるとされる超新星

こうした共通外層をまとった天体ではないかと考えられているもののなかには「宇宙の噴水」天体と呼ばれるものがあります。「宇宙の噴水」天体とは水分子が放つメーザー（レーザーの電波版）が観測される天体で、高速のジェットを双方向に噴出しているとみられています。研究グループによると、ジェットが分厚い共通外層を貫くのに必要とみられる時間の長さや、前述のように同種の天体が天の川銀河で15例しか見つかっていないことから、「宇宙の噴水」は数億年～数十億年に渡る恒星の一生のうち、最後のわずか100年未満の期間に相当する天体だと考えられているといいます。

研究グループは今回、チリの電波望遠鏡群「アルマ望遠鏡（ALMA）」を用いて、「わし座」の方向およそ7000光年先にある「W43A」をはじめとした「宇宙の噴水」天体を観測しました。今回の観測では、分厚い共通外層の内部を見通すことができる電波の輝線（※炭素・酸素原子の微量同位体を含む一酸化炭素分子が放つ電波）が「宇宙の噴水」天体において初めて検出されたといいます。

検出された輝線の強さをもとに研究グループは、「宇宙の噴水」天体をなす星が太陽と同程度か、重くても太陽の2～3倍程度の質量を持つ星であり、自身の質量の半分に相当する大量の物質をわずかな期間で放出していることを突き止めました。この範囲の質量を持つ星が単独で存在する場合、進化の最終段階で物質を大量に放出するには数十万年の期間を要することが考えられるといい、今回の観測結果は「宇宙の噴水」天体が2つ以上の星、つまり連星から成り立つことを示すより確かな証拠とみなされています。

【▲ アルマ望遠鏡が観測した「宇宙の噴水」天体のひとつ、わし座の「W43A」（疑似カラー）。双方向に噴出するジェットの色は地球に近づいているか（青）それとも遠ざかっているか（赤）を示している（Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), D. Tafoya et al.）】

また研究グループは、天の川銀河で進化の最終段階にある星々のうち「宇宙の噴水」天体が占める割合をもとに、太陽程度の質量を持つ比較的軽い恒星が連星をなす場合、進化の最終段階で必ず「宇宙の噴水」天体になると結論付けました。

100年未満ということは、「宇宙の噴水」天体の段階は人間の寿命と同程度の期間しか続かないことになります。研究グループは今後について、宇宙のスケールからすれば一瞬の存在とも言える「宇宙の噴水」天体がどのように進化するのかを見届けることが重要だと指摘します。

Khouriさんは「超新星爆発の原因は何か、ブラックホールはいかにして接近し衝突に至るのか、美しく対象的な天体である惑星状星雲は何が生み出すのか。共通外層はこうした疑問に対する一つの回答ではないかと天文学者は長年考えてきました。私たちは今、この重要かつ神秘的な進化の段階を研究するための新たな方法を手にしたのです」とコメントしています。

 

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Image Credit: Danielle Futselaar, artsource.nl
Source: 鹿児島大学 / 国立天文台
文／松村武宏