死んだ星が近くの伴星から物質を奪う「吸血鬼星」を観測

space 2020/01/27
Credits: NASA and L. Hustak (STScI)
point
  • 連星系の星同士が近い場合、死んだ星が近くの伴星から物質を奪う「吸血鬼星」になる
  • 探査機ケプラーは系外惑星を探していたが、偶然「吸血鬼星」の急激な発光を連続観測していた
  • 吸血鬼星は矮新星と呼ばれるまれな現象を見せており、その初期段階が詳細に記録されたのは初めてのこと

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吸血鬼星(vampire star)と呼ばれるタイプの天体をご存知でしょうか?

ちょっとオカルトチックな名前ですが、これは死んだ星が、近くの星の物質を奪い取って、再び輝き出す激変型変光星のことを指します。

NASAのケプラー探査機は、星系での恒星と惑星の食によって起きる明るさの変化を検出して、太陽系外の惑星を探す宇宙機ですが、偶然にもこの吸血鬼星を捉えていました。

この激変型変光星は「矮新星」という100回ほどしか観測されたことのない、非常にまれな増光現象を起こしており、ケプラーはその初期段階を30分おきに連続観測していました

矮新星の初期に短時間で起こる変化を、最初から詳細に記録したのは今回が初めてのケースです。この観測データは未だ謎多き「矮新星」の理解に役立つといいます。

この研究論文は、メリーランド州バルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所(STScI)のRyan Ridden-Harper氏とオーストラリア国立大学が率いるチームにより発表され、王立天文学協会月報に2019年10月21日付で掲載されています。

Discovery of a new WZ Sagittae-type cataclysmic variable in the Kepler/K2 data
https://doi.org/10.1093/mnras/stz2923

恐怖! 吸血鬼の星!

Credit:pixabay

コズミックホラーな空気を感じる吸血鬼星というネーミングですが、これは正式名称を「激変型変光星」と言います。

激変型変光星とは、数日程度の短期間で極度に明るくなり、その後ゆっくりと減光していく星を指します。これは一度きりの場合もありますが、不規則な周期で繰り返される場合もあります。

なぜそんなことが起きるのでしょう? それは吸血鬼星という別名と関係があります。

激変型変光星は、2つの恒星が一緒になって回る連星系で誕生します。これは太陽が2つある太陽系のようなイメージです。

やがてこの連星系では、片方の星が燃え尽きて死に至ります。

あまりに重い星の場合は、燃え尽きると超新星爆発を起こして中性子星やブラックホールになりますが、太陽と同程度の重さの場合、爆発することはなく外層を失って核だけが予熱で輝く白色矮星に変わります。

白色矮星は地球ほどの大きさで太陽と同程度の質量を持つ非常に高密度の死んだ星です。

しかし、この死んだ星の非常に近い距離に、別の恒星があった場合、それは非常に高密度の強い重力によって伴星の物質を奪って再び輝き出すのです。

死者でありながら他者の命を奪って若さを取り戻し輝く。それはさながら、不死者の王たる吸血鬼を連想させます。

「矮新星」の急激な増光現象 スーパーアウトバースト

Credit:NASA

このタイプの変光星が激変型と呼ばれる理由は、あまりに短期間に起こる増光にあります。

通常、この種の星は数日という短期間で1000倍以上に明るさが急増します。これはスーパーアウトバーストと呼ばれます。

この急激な増光には2つの種類があります。

1つはⅠa型超新星と呼ばれるもので、奪い取った物質で白色矮星がチャンドラセカール限界(太陽の1.4倍以上の質量)を超えたとき起こす超新星爆発です。

もう1つは、「矮新星(わいしんせい)」と呼ばれる現象で、これは奪い取った物質が作る降着円盤の輝きが原因で起きるものです。今回観測されたのは「矮新星」の方でした。

観測された天体は、白色矮星と褐色矮星の連星系でした。褐色矮星は核融合を起こすほどは重くない亜恒星という分類の星です。

この連星系では、褐色矮星と白色矮星の距離が地球-月間(約40万km)と同程度と非常に近いため、白色矮星が吸血鬼星となって、褐色矮星の物質を剥ぎ取っていました

奪われた物質は螺旋状に白色矮星の周りへ吸い寄せられ、星を取り囲む降着円盤を形成します。

この降着円盤は、どんどん大きく成長していきますが、外縁部が褐色矮星の軌道と重力共鳴を起こした段階で止まります。そして重力的な影響から軌道が不安定になり、その影響で降着円盤が非常に加熱された状態を生み出すのです。

このとき円盤は通常時の2700〜5300℃という温度から、9700〜11700℃という極端な高温に上昇します。この発熱によって降着円盤は急激に輝き出すのです。

そのため、このスーパーアウトバースト現象を「矮新星(小さな超新星)」と呼びます

このタイプの矮新星は比較的まれな現象で、これまでに100程度しか観測されていません

また、この現象は増光と減光を繰り返しながら何十年も続く場合があり、現象の初期段階を捉えることは非常に難しいものでした。

偶然の発見

Credit:NASA/JPL-Caltech/Wendy Stenzel

今回の現象をケプラー探査機が捉えたのはまさに偶然でした。

ケプラーはもともと恒星の正面を惑星が通過することで起きる減光を捉えて、系外惑星を発見する任務を行っていました。

今回の研究者たちも別の目的でデータを調べていましたが、このときケプラーのアーカイブ内に隠れていたスーパーアウトバーストの観測データを発見したのです。

この現象は非常に太陽に近い方角で起きていたため、他に観測している望遠鏡はありませんでした。しかもケプラーは30分おきに観測データを取得していたため、スーパーアウトバーストの起きる初期段階を非常に詳細に収めていました。

記録されたデータは全現象を捉えていて、輝度は最初ゆっくりと上昇していましたが、ある瞬間急激に明るくなっていました

急激に明るくなる理由は、理論的に予想されていました。しかし、ゆっくりとした初期の増光の原因は現在も謎のままです。降着円盤に関する標準理論では、この理由を説明することができません。

矮新星はもう何十年も研究されていて、新しい発見をすることはかなり難しいと考えられていました。

しかし、降着円盤は白色矮星だけでなく、超大質量ブラックホールや新たに形成された星の周りなど宇宙のいたる所に見られるものです。

降着円盤の理解のために、このデータは貴重なものになるといいます。

ケプラーの系外惑星を検出する手法でまれな矮新星を検出できるという事実は、今後、同種の現象を研究していく上で、非常に有益な報告です。

今後研究チームは、ケプラーと同様の系外惑星探索を行っているTESSミッションのデータなども分析して、研究を進めていく予定だと言います。

偶然見つかった吸血鬼星の輝きには、まだ多くの謎が秘められているようです。

「暗黒エネルギーは存在しない」ことを示す新説が登場

reference: NASA/ written by KAIN

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