無秩序に明滅する謎の星!たて座δ星のパターン解析に成功

space 2020/05/15
Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center
point
  • たて座デルタ型変光星は、雑音の混じったような不規則な脈動パターンを示す
  • NASAの系外惑星探索ミッションは、2分おきの撮影で、この変光星のパターンを発見した
  • 若い変光星や、たまたま極が正面に見えている場合、規則的なパターンが捉えられると考えられる

変光星は規則的に明るさを変化させる星のことで、そのパターンから星の年齢や大きさ、組成など様々なことを調べることができます。

しかし、宇宙にはまったく不規則な脈動を繰り返す不可解な変光星も存在します。

その代表が「たて座 δ星(たてざ でるたせい)」です。

この星は音楽に例えるならば、雑音混じりのごちゃごちゃな音を放つ複雑な状態で、通常和音のように綺麗なパターンを放つ変光星とは異なっています。

天文学者たちは、長らくこの星の不規則な脈動を理解するために苦労していましたが、今回そのパターンを発見できました。

不規則な脈動の星

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center

この不規則に脈動する星は1900年に南の空に浮かぶ「たて座」の中に見つかりました。

その後、ケプラー宇宙望遠鏡や、系外惑星探索ミッションなどで、同様の星が1000個以上発見され、これらは最初に見つかった星の名にちなんで、たて座δ型変光星と呼ばれています。

変光星が脈動する理由は、星の内部で起きた核融合のエネルギーが表面に伝わって明るさを変化させるからです。

たて座δ型変光星は、地球時間で1日の間に1~2回という高速で自転する恒星で、赤道部分が膨らみ極点が潰れたような楕円形になっています。

この極端な楕円形のせいで、星の内部のエネルギーが表面に伝わるタイミングを地域ごとに乱してしまうため、脈動が不規則で複雑になってしまうのです。

地質学者たちは、地球内部を伝わる地震波の反響の速度や方向の変化から、地球の内部構造がマントルや外核、内核に分かれているという事実を明らかにしています。

同様に、天文学者たちは星表面に現れる小さな光のゆらぎを検出することで、星の年齢や、温度、組成や内部構造まで推測しているのです。

星の内部で音波が跳ね返ることで、星は膨張と収縮をおこし、明るさを変化させる。/Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center

しかし、不規則に脈動するたて座δ型変光星ではこうした調査がうまくいきません。

そこで今回の研究者たちは、NASAのトランジット系外惑星探索衛星(TESS)の調査データを利用して、その分析を行いました。

宇宙を広く素早く撮影

トランジット系外惑星探索衛星。/Credit:NASA

TESSは通常4台のカメラで30分ごとに空の広い範囲を撮影しています。しかし、たて座δ型変光星は数分で脈動する非常に変化の早い星のため、30分ごとでは調査になりません。

そこで、TESSに2分間隔で撮影してもらい、そのデータを分析しました

たて座δ型変光星は数千個も発見されています。TESSは2分ごとの撮影でこの数千の星を一挙に撮影しているのです。

このデータからは、合計の60個のたて座δ型変光星に明確なパターンが見つかりました

これは画期的な発見で、このパターンを利用することで、他の星の解析も行うことが可能になるそう。

なぜ不規則な脈動をするたて座δ型変光星の中に、規則的な脈動をするものが見つかったのか? という点については、次の2つの要因が考えられます。

1つは、たまたま星が地球に対して赤道側ではなく極点を向けていた場合です。

先に説明した通り、たて座δ型変光星は楕円形をしていて、内部の信号が表面に伝わる速度が乱れることで脈動が乱れます。そのため極点側からの観測だと、比較的乱れの少ないパルスが検出されるのです。

もう1つの要因は、非常に若い星が含まれていた場合です。

星の脈動は、星中心の核融合が影響しています。ここから放たれる信号は、生まれたばかりの星では非常に早く、星の年齢が上がるにつれて遅くなっていきます。

老いた星ほど、複数の周波数が混ざり合って複雑な信号になってしまうため、若い星ならば規則的な周期を発見しやすくなるのです。

この脈動を音波に直してみると、この動画のようになるのだそうです。こうした音波が星内部で跳ね返り星の明るさを変化させます。

科学者はこの複雑なパターンから星の脈動タイプを推定して、星の年齢などを知ることができるのです。

単純なパターンを発見して、振動のモードを特定できるようになれば、より多くの星の特徴を適切に把握できるようになると、研究者たちは語っています。

この研究は、マサチューセッツ州ケンブリッジのMITが主導し、NASAのゴダード宇宙飛行センターを初め世界中の十数の大学、天文台が協力する国際研究チームより発表され、論文は科学雑誌『Nature』に5月13日付で掲載されました。

Very regular high-frequency pulsation modes in young intermediate-mass stars
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2226-8

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reference: NASA/ written by KAIN
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