まれな「逆さまの星」は、食い尽くされた太陽の残骸に包まれている

今週発表された2つの新しい研究によると、白色矮星は衝突して、新しいタイプの奇妙な「逆さまの」星を作り出す可能性があるという。

天文学者のチームが、これまで見たことのない構成を持つ高温準矮星と呼ばれる2つの小さく明るい星を特定した。別の研究グループは、こうした種類の星がどのように形成されたかを説明するメカニズムを発見した。

アルゼンチンのラプラタにある天体物理学研究所の天体物理学者で、王立天文学会月報で発表された、このような星がどのように形成されるかについての理論的研究を主導したマルセロ・ミラー・ベルトラミ氏は、この2つの奇妙な星は「その種のものとしては初めて」特定されたもので、極めて珍しいものであるに違いないと述べている。

白色矮星は、ゆっくりと冷えていく死んだ恒星の中心核である。高温準矮星はかなり珍しい古い恒星で、太陽の表面より4倍も高温で燃え、太陽とは異なり、中心核で水素ではなくヘリウムを核融合させるとミラー・ベルトラミ氏は言う。

ミラー・ベルトラミ氏によると、ほとんどの恒星は、約4分の3が水素、4分の1がヘリウム、そして他の元素が少し含まれている。恒星はまず最も軽い元素を融合するため、水素がすでに燃え尽きている場合、または他の物体の重力によって水素が恒星から引き離された場合のみ、ヘリウムが融合する。

しかし、今週同じ雑誌に掲載された報告書によると、天文学者のチームが気づいたように、新たに発見された2つの星は他のヘリウム燃焼準矮星とは似ていなかった。ドイツの天体・素粒子物理学センターの天文学者クラウス・ヴェルナー氏が率いるチームは、ヘリウムが豊富な表面を持つ星だけでなく、炭素と酸素も豊富な表面を持つ星も発見したと気づいた。

「これは極めて珍しいことです」とミラー・ベルトラミ氏は言う。通常、恒星は中心核でヘリウムを燃焼させて炭素と酸素を生成するが、これらの元素は表面からは見えない。しかし研究チームは、恒星の表面の約40％が炭素と酸素でできていることを発見した。

「炭素と酸素をすべて地表まで運ぶ方法を見つける必要があるが、これは簡単なことではない」とミラー・ベルトラミ氏は言う。

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すでにミラー・ベルトラミ氏を知っていたヴェルナー氏のチームは、これらの奇妙な物体がどのようにして形成されたのか解明しようと彼に連絡を取った。ミラー・ベルトラミ氏のチームはすでに同様のプロジェクトに取り組んでおり、このような奇妙な星がどのように形成されたのかを示すことができた。

ミラー・ベルトラミ氏とその同僚は、適切な条件下では、ヘリウムを多く含む重い白色矮星が、炭素と酸素を多く含む軽い白色矮星と相互作用できることを発見した。この2つの白色矮星が一緒になることにより、両方の物質を組み合わせた高温の準矮星が形成される可能性がある。

これら二つの星は連星系、つまり互いの周りを公転する形で存在していた。時間の経過とともに、重力波を放出し、互いに螺旋状に接近していき、ついには出会うことになる、とミラー・ベルトラミ氏は言う。この過程で、二つの星は十分に接近し、潮汐力によってどちらか一方、あるいは両方が引き裂かれることになる。

通常、質量の大きい星は質量の小さい星を破壊し、質量の小さい星の物質を食い尽くします。ミラー・ベルトラミのモデルでは、ヘリウム白色矮星が炭素と酸素の軽い白色矮星を破壊し、その結果、生き残った星の表面全体に炭素と酸素の星の残骸が飛び散ったことになります。

白色矮星は、もはや原子を融合させてより重い元素を生成することはなく、すでに死んでいた。しかし、白色矮星同士の合体により、新たな「生まれ変わった」恒星、すなわち準矮星内で核融合が再燃したとミラー・ベルトラミ氏は言う。

ハーバード大学とスミソニアン天体物理学センターの天体物理学者で、どちらの研究にも関わっていないウォーレン・ブラウン氏は、この2つの研究は「理論と観測の素晴らしいつながり」を形成している、と語る。「測定はかなり単純明快です」とブラウン氏は言い、理論的な説明は観測上の謎に対する「素晴らしい解決策」のように思える、とブラウン氏は言う。

驚くべきことは、これらの星が「ある種逆さま」になっていることだとブラウン氏は言う。科学者が中心核で生成されると予想する重元素、つまり炭素と酸素が表面に現れ、中心核は軽いヘリウムで満たされている。

「物理的に可能なので、必ず起こる」とブラウン氏は言う。問題は、どれくらいの頻度で起こるかだ。天文学者が数百、少なくとも数十の星というより大きなサンプルを入手すれば、この種の星が銀河系内にどれほど多く存在するかを把握し始めることができる。

この観測は前例のないものだが、天文学者は近いうちに同様の恒星現象を発見できる新しいツールを手に入れるかもしれない。レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）やその他の次世代重力波検出器は、銀河系内の何万もの恒星連星を捉えることができるだろうとブラウン氏は言う。このような白色矮星の合体は重力波を放出し、それを研究するための新たなレンズを提供する。

2022年2月24日訂正：ミラー・ベルトラミ氏は、2つの渦巻星は、記事で以前述べられていたように重力波ではなく、重力波を放射すると明言しました。