新たに発見された超新星となった星は、爆発の前年に太陽質量に達する物質を放出し、星の進化の標準理論に疑問を投げかけた。この新たな観測により、天文学者は、星が死んで爆発する前の最後の1年間に何が起こったのかについての洞察が得られる。
超新星爆発の 1 年前、現在 SN2023ixf として知られる赤色超巨星は、予想外に太陽と同等の質量を失いました。このアーティストの概念は、星が爆発する前の質量減少の最終段階で何が起こるかを示しています。画像クレジット: Melissa Weiss/CfA。
核崩壊超新星とSN2023ixf
SN2023ixf は、2023 年 5 月に日本の山形県でアマチュア天文学者の板垣公一によって発見された新しい II 型超新星であり、その母星または起源星の爆発の直後です。 SN2023ixfは、地球から約2000万光年離れたパインホイール銀河に位置しています。それは地球に非常に近く、超新星は非常に明るく、その年齢は非常に若いため、超新星爆発による大質量星の死を研究する科学者にとっては観測可能なデータの宝庫となっています。
赤色超巨星の質量が太陽の少なくとも 8 倍、最大で太陽の 25 倍になると、その質量で崩壊して爆発します。これはタイプ II 超新星または核崩壊超新星です。 SN2023ixf はタイプ II の説明に当てはまりますが、ハーバード大学とスミソニアン天体物理学センター (CfA) の天文学者が主導し、さまざまな CfA 望遠鏡を使用した追跡多波長観測により、新しく予想外の動作が発見されました。
SN2023ixf は、山形県のアマチュア天文学者板垣公一氏によって今年初めに発見された若い超新星です。これは、ここ 10 年間で最も接近した II 型超新星の 1 つであり、これまでで最も明るい超新星の 1 つです。このアーティストのレンダリングでは、天文学者がこれまで見たことのない予期せぬ質量減少に続いて、SN2023ixf が明るい爆発を示しています。写真提供者: Melissa Weiss/CfA
核崩壊超新星は、爆発からの衝撃波が星の外縁に達すると、超新星爆発から数時間以内に閃光を生成します。ただし、SN2023ixf によって生成される光度曲線は、この予想される動作に準拠していないようです。 SN2023ixfの衝突バーストをより深く理解するために、CfA博士研究員の平松大地氏率いる科学者チームは、1.5メートルのティリンガスト望遠鏡、1.2メートル望遠鏡、アリゾナ州のCfAからのデータを分析した。 fA のフレッド ローレンス ホイップル天文台の MMT からのデータ、およびグローバル超新星プロジェクト (ラス カンブレス天文台の重要なプロジェクト)、NASA のニール ゲーレルス スウィフト天文台などからのデータ。今週The Astrophysical Journal Lettersに掲載された多波長研究は、予想や星の進化理論に反して、SN2023ixfの衝突バーストが数日遅れたことを示している。
遅延ショックバーストの影響
「遅延衝撃バーストは、最近の質量減少によって生成された高密度物質の存在を示す直接的な証拠です」と平松氏は述べ、このような極端な質量減少はタイプ II 超新星に典型的なものではないと付け加えた。私たちの新しい観測結果は、爆発前の昨年の質量損失が巨大かつ予想外であり、太陽の質量に近いものであったことを示しています。 」
SN2023ixfの始祖星が爆発してからわずか1か月余り後の2023年6月27日に、CfAのフレッド・ローレンス・ホイップル天文台の1.2メートル望遠鏡で撮影されたこの合成画像は、緑、赤、近赤外線、赤外線の光を組み合わせてSN2023ixfと風車銀河を強調している。 SN2023ixf は、天の川銀河の渦巻き腕の 1 つに位置しており、そこでは大質量星が爆発すると予想されています。出典: S.Gomez/STScI
SN2023ixf は、大質量星の進化と超新星への進化に関する天文学者の理解に疑問を投げかけます。科学者たちは、核崩壊超新星が宇宙における原子、中性子星、ブラックホールの形成と進化の主な起源点であることを知っていますが、星が爆発するまでの年数についてはあまり知られていません。新しい観測は、星の寿命の最後の数年間に不安定性が発生し、極度の質量損失につながる可能性があることを示唆しています。これは、星の核内のシリコンなどの高品質元素の核燃焼の最終段階に関連している可能性があります。
さらなる観察と協力
ハーバード大学とCfAの天文学教授であり指導者であるエド・バーガー氏は、平松大地氏率いる多波長観測を実施する一方で、ハワイのマウナケア山頂にあるCfAサブミリ波アレイ（SMA）を使用して、この超新星のミリ波観測を実施した。 The Astrophysical Journal Letters に掲載されたこのデータは、超新星破片と爆発前に失われた高密度物質との衝突を直接追跡しています。
「SN2023ixfの爆発のタイミングは完璧だった」とバーガー氏は語った。 「つい数日前、私たちはSMAを使って超新星爆発を研究する野心的な新しい3年間のプログラムを開始しました。そして、このエキサイティングな近くの超新星が私たちの最初のターゲットでした。」大質量星が爆発するまでの生涯の最後の数年間にどのように振る舞うかを理解する唯一の方法は、超新星が非常に若いときに、できればその近くで超新星を発見し、さまざまな波長で超新星を研究することです。光学望遠鏡とミリ波望遠鏡を使用して、SN2023ixf を事実上タイムマシンに変え、その死が起こる前の様子を復元しました。 」
アマチュア天文学者であることの意味
この超新星自体の発見とその直後に続いた研究は、自宅の裏庭で科学を行っている天文学者を含む世界中の天文学者にとって非常に重要です。板垣氏は2023年5月19日に岡山県の民間天文台で超新星を発見した。板垣氏らアマチュア天文学者らのデータを総合した結果、爆発時刻は2時間以内と判明し、CfAや他の天文台のプロの天文学者による研究に有利なスタートを切った。 CfA の天文学者は引き続き板垣氏と協力して光学観測を続けています。
平松大地氏は「アマチュア天文学者とプロ天文学者の協力には、超新星の分野で成功を収めてきた長い伝統がある。SN2023ixfの場合、SN2023ixfの発見直後に板垣滉一氏から緊急メールを受け取った。この関係がなければ、そして板垣氏の仕事と献身がなければ、我々は大質量星の進化と超新星爆発についての重要な洞察を得る機会を逃していたであろう。」と述べた。