天文学者たちは、謎に満ちた強力な宇宙爆発「牛」の起源の物語を知っているかもしれない

謎の恒星爆発により、科学者たちは、巨大で短命な超新星の発生源を解明する手がかりを得た。

問題の爆発は、手続き上AT2018cowと名付けられ、愛情を込めて「牛」と呼ばれ、2018年6月に超新星のような閃光を放った。しかし、通常の超新星よりもずっと短く続き、異なる色の光を発したため、天文学者はこれを「高速青色光学過渡現象」と呼ぶ。

このような現象は一瞬で起こるため、見逃しやすい。通常の超新星爆発は1～2か月かけて発生し、さらに数か月かけて消滅するが、これらの天体は「1週間も経たないうちに現れ」、「1か月も経たないうちに消える」と、今週ネイチャー・アストロノミー誌に掲載されたカウに関する新しい研究のリーダーでMITの天体物理学者ディーラジ・パシャム氏は言う。こうした急速な爆発は、ほとんどの天文観測では捉えるのが難しい。なぜなら、ほとんどの観測では、夜空の同じ領域を1か月に1回しか再スキャンしないからだ。数週間続く現象を捉えるには遅すぎる。

しかし、最近の望遠鏡技術の進歩により、はるかに高速なスキャンが可能になり、時には一晩で同じ空の部分を複数回撮影することさえできるようになったとパシャム氏は言う。幸運にも、Cow は「適切なタイミングで特定された」とパシャム氏は言う。天文学者たちは、それが現れてからわずか数日後にそれがそこに存在することに気づいた。世界中の研究者があらゆる種類の高性能望遠鏡をそれに向け、可視光線、紫外線、X 線、電波、その他の光の周波数にわたって調査した。

通常の恒星の爆発の 100 倍の明るさを誇る Cow は、こうした奇妙な超新星の中でも最も明るいものの 1 つです。通常の超新星では、恒星は燃料を使い果たし、内部に崩壊して大爆発を起こします。Cow やそれに似たいくつかの爆発は非常に極端なため、科学者はこれらのメカニズムだけでは説明できません。

パシャム氏は、「これらの超新星と通常の超新星の明るさの大きな差を埋めるには、何らかの追加的なエネルギー源があるはずだ」と語る。この追加のエネルギー源がどこから来るのかについては、さまざまなアイデアがある。

標準的な超新星爆発とそれほどかけ離れていない可能性として、恒星の中心核が崩壊して、マグネターと呼ばれる強力な磁場を持つ回転する中性子星が形成されたという可能性が挙げられます。このマグネターの急速な回転が、天文学者が観測した巨大な爆発にエネルギーを伝達した可能性があります。

同様に、星の中心部がブラックホールを形成し、星の外層がその中に落ち込み、これも大量のエネルギーを放出し、より大きな爆発を説明できる可能性がある。

過去には、2つの白色矮星の衝突や、ブラックホールが圧倒的な重力で1つの白色矮星を引き裂くといった仮説も浮上した。しかし、パシャム氏のチームは中性子星やブラックホールが関係しない原因を排除したようだと、英国カーディフ大学で超新星を研究する天体物理学者で、今回の研究には関わっていないコジモ・インセラ氏は言う。

インセラ氏は「何が起こったのかを明らかにできる決定的な証拠はまだない」と語るが、X線信号の研究は「極めて徹底的」で、多くの可能性のある説明を除外した。現在、Cow に関する考えられる説明はすべて、何らかの問題があるようだと同氏は言う。中性子星の説明については、X線信号は 60 日間で減速するはずだったが、そうならなかったと同氏は言う。ブラックホールはそれほど安定しているかもしれないが、このような振る舞いを観測されたことはこれまでなかったと同氏は言う。

インセラ氏は、ブラックホールや中性子星などのコンパクトな天体のエネルギーと、別の未知の要因が爆発を引き起こした可能性があると述べている。たとえば、星は物質の覆いで囲まれていた可能性がある。星が爆発すると、その残骸が雲を突き破り、より大きな閃光を発しただろう。あるいは、爆発した星が別の物体とともに軌道に乗っていて、爆発音を増幅させた可能性もある。

パシャム氏と彼の同僚は、国際宇宙ステーションに設置されたNASAの中性子星内部組成探査機（NICER）を使って爆発からX線を測定した結果、ブラックホールか中性子星が関係していたと確信しているという。パシャム氏は、現在、この種のX線信号を捉えるのに十分な速さでデータを取得できるツールは他にないと指摘する。

この研究は、いくつかの以前の研究と合わせて、「それが確かにコンパクトな物体であるという決定的な証拠」を提供したとパシャム氏は言う。

カウのX線の明るさは、4.4ミリ秒の周期で、時間とともに明るくなったり暗くなったりしながら変化した。パシャム氏にとって、これは物質が「新生」ブラックホール、またはマグネターと呼ばれる中性子星の一種の周りを周回しており、その物質が高速で一周するたびにX線を発している兆候のように見える。

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現在、研究チームは、観測した周期の原因がブラックホールなのかマグネターなのかを判断できない。それを判断するには「膨大な計算能力」が必要だとパシャム氏は述べ、チームは現在それを求めている。

今後、数多くの天体調査が計画されているため、パシャム氏は天文学者がこうした天体をもっと多く発見すると確信している。「これはほんの始まりに過ぎません」と彼は言う。