2つの小さな星は太陽よりも小さい軌道に収まります

現実はフィクションよりも奇妙だ。特に宇宙では、天文学者が太陽系内に収まるほど接近して周回する2つの小さな星を発見した。Open Journal of Astrophysicsに投稿された新しい記事で、研究者らはZTF J2020+5033の発見を発表している。これは、小型で低質量の星を周回する褐色矮星と呼ばれる、星とは言えない天体だ。

これは連星系として知られているもので、2つの恒星が重力のダンスのように互いに結びついている。スターウォーズの惑星タトゥイーンの上空にある象徴的な双子の太陽を思い浮かべてほしい。この新しい（そして非常に現実的な）連星系が驚くべきなのは、その小ささだ。「こんな連星系が存在するはずがない」と、この新しい研究には関わっていないアメリカ自然史博物館の天文学者マーク・ポピンチョークは言う。

この褐色矮星は、ポピンチョーク氏がブルックリンからマンハッタンのオフィスまで往復するのにかかる時間とほぼ同じ時間、わずか2時間弱で親星の周りを一周する。「私はこの系に懐疑的だっただろう」と同氏は付け加えるが、著者らは複数の望遠鏡と技術を使って「膨大な量のデータ」を集め、この発見を裏付けている。

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「この軌道は、これまで発見されたどの褐色矮星連星よりもずっと狭い（つまり、軌道が小さく、軌道周期が短い）のです」と、カリフォルニア工科大学の天文学者で論文の筆頭著者であるカリーム・エル・バドリー氏は言う。「これまで、この種の連星はこれほど短い周期に達することはできないと思われていましたが、この系はそうではないことを示しています。」

連星系は、天文学者が星をより一般的に理解するための重要なツールです。2 つの構成要素間の重力相互作用のおかげで、研究者は、単独の星を観測する場合よりも、連星の質量、半径、温度などの重要な特性をより確実かつ正確に測定できます。これらの測定は、星が時間とともにどのように変化するかについてのモデルと理解をテストするために必要です。

この連星系の中心には、太陽よりも小さい低質量の恒星があり、その周りを褐色矮星が回っています。褐色矮星は恒星になるには小さすぎ、惑星になるには大きすぎるため、「失敗した恒星」と呼ばれることもあります。ただし、「失敗した恒星」という呼び方は誤りかもしれません。天文学者は褐色矮星と恒星が同じように誕生するかどうかをまだ解明しようとしているからです。

この新たに発見された褐色矮星は、木星の約80倍の質量があり、恒星になるほど質量が大きくなろうとしている。特にこの褐色矮星を研究することで、天文学者はこれらの中間天体がどのように形成されたかを解明できる。「褐色矮星の形成方法については、まだ大きな疑問がいくつか残っており、褐色矮星と低質量星の連星系は、これらの疑問に答えるための重要な実験室です」とポピンチョーク氏は言う。ZTF J2020+5033は非常に大きな褐色矮星の例であるため、いつかパートナーの恒星の物質がこの天体に移れば、その追加によって褐色矮星は恒星の領域に押し上げられる可能性がある。「宇宙からの贈り物のように、古い友人に質量が渡され、その一線を越えて本格的な恒星の範疇に入るのを助けるのです」とポピンチョーク氏は言う。

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さらに、この新しい連星の緊密な軌道は研究者に難問を突きつけている。星は若いほど膨らんでいる。そのため、これらの星が古くなければ、これほど接近して周回することはできず、接触しているはずだ。「知られている褐色矮星の大部分は若く、膨らんでいる」とエル・バドリー氏は言う。「そのため、褐色矮星が年を取るにつれてどのように冷えるのかというモデルをテストできる」。また、若いために膨らんでいるということは、一生この軌道上にいたはずがなく、その代わりに、軌道は星の一生の間に何らかの理由で 5 倍に縮小したということだ。

著者らは、軌道の縮小は磁気ブレーキングによって引き起こされる可能性があるとしている。磁気ブレーキングとは、恒星からの高エネルギー粒子が磁場に流されて恒星のエネルギーを奪う現象である。既存のモデルでは、磁気ブレーキングは小さな恒星には作用しないと想定されているが、ここでは作用しているに違いない。小さな恒星がこれまで考えられていたよりも減速すると、中性子星と低質量恒星からなるX線連星や、低質量恒星と白色矮星からなる激変星など、他のタイプの連星の進化にも大きな影響を与える可能性がある。