超新星 - 天の川全体と同じくらい明るい星の爆発 - は、古代から私たちを魅了してきました。しかし、水素に乏しい超新星は天体物理学者が説明できるよりも多く存在します。現在、オーストリア科学技術研究所 (ISTA) の新しい助教授が、行方不明の前駆体クラスターの特定において重要な役割を果たしています。この結果は現在サイエンス誌に掲載されており、何年も前に若手科学者だった二人の教授の間の会話に遡ることができる。
いくつかの星は単に死ぬのではなく、銀河全体の力を超える恒星爆発を起こすことがあります。超新星と呼ばれるこれらの宇宙現象は、光、元素、エネルギー、放射線を宇宙に拡散させ、ガス雲を圧縮して新しい星を生み出す銀河衝撃波を生み出します。言い換えれば、超新星が私たちの宇宙を形作ったのです。その中でも、大質量星の爆発によって生成される水素の少ない超新星は、常に天体物理学者を悩ませてきました。理由は、科学者たちがその祖先星を見つけることができていないためです。これらの超新星は、まるで何もないところから出現したかのように見えます。
「現在のモデルで説明できるよりもはるかに多くの水素に乏しい超新星が存在します。この経路で成熟する星を検出できないか、すべてのモデルを修正する必要があります」とISTA助教授のイルバ・ゲトベルグ氏は言う。彼女は、カナダのトロント大学ダンラップ天文学・天体物理学研究所の准教授、マリア・ドラウトとともにこの研究の先駆者となった。
「単星は通常、水素を豊富に含む超新星として爆発する。水素欠乏は、前駆星が水素を豊富に含む分厚い外皮を失ったに違いないことを示している。これは、連星伴星がその外皮を剥がす際に、大質量星の3分の1で自然に起こる」とゴットバーグ氏は述べた。
現在、ゴットバーグ氏とドラウト氏は、理論モデリングと観測における専門知識を組み合わせて、失われた星を探しています。彼らの探索は成功し、この種では初めての恒星集団を記録し、最終的に巨大な知識のギャップを埋め、水素に乏しい超新星の起源を明らかにしました。
二重星とカプセル剥離
ゴットベルグとドラウトが探していた星はペアであり、連星系で互いに交差していました。シリウス連星系は地球からわずか 8.6 光年離れており、宇宙論的な観点から見ると、文字通り目と鼻の先にあります。これは、私たちの夜空で観測されたシリウス A の明るさを説明します。
天体物理学者らは、欠けている星はもともと巨大な連星系から形成されたものであると予想している。連星系では、より質量の大きい星の厚く水素を豊富に含む外皮が膨張するまで、星は互いに軌道を周回します。最終的には、膨張するエンベロープが伴星に及ぼす重力が、その星自身の核にかかる重力よりも大きくなるでしょう。
これにより質量が変化し始め、最終的には水素を豊富に含むエンベロープ全体が剥ぎ取られ、太陽の表面より 10 倍以上熱い、熱くてコンパクトなヘリウム核が残ります。これはまさにゴットベルグとドラウトが探しているタイプのスターだ。
「連星相互作用によって剥ぎ取られた中間質量のヘリウム星は、天体物理学において重要な役割を果たすと考えられていました。しかし、これまで観測されていませんでした。」実際、既知のタイプのヘリウム星の間には大きな質量差があります。より重いヴォルフ・ライエ (WR) 星は太陽の 10 倍以上の質量ですが、低質量の亜矮星は太陽の約半分の質量しかありません。しかし、モデルの予測によれば、ストリッピング後の水素の少ない超新星前駆体の質量は、太陽質量の 2 ～ 8 倍になります。
干し草の山から針を探すのではなく
ゴットバーグとドラウトの研究以前には、予想される質量と組成の基準を満たす星は 1 つだけ発見されており、「準オオカミ光線」 (または「近似オオカミ光線」) と呼ばれていました。
「しかし、この経路をたどる星は非常に長生きするため、その多くは観測可能な宇宙全体に散らばっているに違いありません」とゴットバーグ氏は述べた。科学者たちはそれらをまったく「見ていない」のでしょうか？そこでゴットバーグ氏とドラウター氏は互いの専門知識を補完的に活用した。彼らは、紫外光度測定と光学分光法の助けを借りて、中間質量のヘリウム星の予想と一致する 25 個の星からなる星団を特定しました。これらの星は、よく研究されている 2 つの隣接する銀河、大マゼラン雲と小マゼラン雲に位置しています。
「私たちの研究は、これらの星が、単一星の生涯で最も青い段階である星誕生線よりも青いことを示しています。単一星の成熟プロセスは、スペクトルの赤い領域に向かって進みます。星は、その外層が除去されたときにのみ反対方向に動きます。この状況は、相互作用する連星では一般的であると予想されますが、単一の大質量星ではまれです」とゴットバーグ氏は説明する。
次に、科学者たちは光学分光法を使用して候補星の集団を検証しました。彼らは、これらの星がイオン化したヘリウムの強いスペクトル特徴を持っていることを発見しました。
「強電離したヘリウム線は、2つの重要なことを教えてくれます。1つ目は、星の最外層の大部分がヘリウムであることを裏付けるものであり、2つ目は、その表面が非常に熱いということです」とゴットバーグ氏は述べた。 「剥がされた後、星の核は露出し、コンパクトでヘリウムが豊富にあります。それが星に起こることです。」
ただし、連星系の両方の星が観測されたスペクトルに寄与しています。したがって、この技術を使用すると、研究者はどの星がスペクトルに最も貢献しているかに基づいて、候補星のクラスターを分類することができます。
「今回の研究により、水素が乏しい超新星爆発の祖先と予測されている、中質量のヘリウムが枯渇した星の欠落集団が判明した。これらの星は常に存在しており、さらに存在する可能性がある。我々はそれらを見つける方法を見つけ出す必要がある」とゴットバーグ氏は語った。 「私たちの研究はおそらく最初の試みの 1 つですが、他の可能なアプローチもあるはずです。」
大学院生から天体物理学のリーダーへ
このプロジェクトの背後にあるアイデアは、ゴットバーグとドラウトが大学院在学中に出席した会議でゴットバーグが講演した後のディスカッションから生まれました。二人の科学者は、星を目指す若手研究者であり、現在ではそれぞれの分野のリーダーです。
ゴットバーグ氏は、カリフォルニア州パサデナのカーネギー天文台でNASAハッブル博士研究員として働いており、9月にISTAに加わった。国際天体物理学研究所では、ゴットバーグ氏は同研究所で増えつつある天体物理学若手グループリーダーの仲間入りを果たし、星の連星相互作用の研究に焦点を当てた自身のグループを率いています。
コンパイルされたソース: ScitechDaily