2014 年 9 月、天文学者は 5 億光年離れた小さな銀河に光の減光点を見ました。それは普通の超新星のように見えました — 爆発して光が消えつつある瀕死の星です。しかし、次の 1 月、カリフォルニア州ゴレタにあるラス クンブレス天文台の学生インターンである Zheng “Andrew” Wong は、光が再び明るくなってきていることに気付きました。
彼がスーパーバイザーである天文学者の Iair Arcavi にこの奇妙な方向転換を見せたとき、「彼の目は大きくなりました」と Wong は回想します。 Arcavi はすぐに、iPTF14hls と名付けられた光源は超新星ではなく、遠くの銀河に偶然重なった近くの脈動 (または「可変」) 星であるに違いないと確信しました。 Arcavi 氏は、「自分の車が変光星であることに賭けていただろう」と確信していました。それでも、彼は Wong が iPTF14hls のスペクトルを取得し、その色を測定して化学構造を明らかにするのを手伝いました。彼らが驚いたことに、そのスペクトルはまさに II-P 型超新星のスペクトルであることが判明しました。これは、最も一般的でよく知られている種類の爆発し、死にかけている大質量星です。タイプ II-P の超新星が爆発すると、その明るさが上昇し、約 100 日間プラトー (したがって「P」) になり、その後、終わるまで低下します。 「これほどの超新星の減少と上昇は見たことがありませんでした」と Arcavi 氏は述べ、52 人の共同研究者とともに、今日のジャーナル Nature で iPTF14hls の発見を報告しました。 . 「その時、私たちは非常に興味深いものがあることに気づきました。」
その瞬間から、ラス クンブレスのロボット望遠鏡のグローバル ネットワークは、iPTF14hls が明るくなったり暗くなったりするのを常に監視していました。科学者たちは、超新星について別の奇妙なことを発見しました。爆発する物質の測定速度は、通常、超新星の奥深くにあるより遅い物質が見えるようになるにつれて時間の経過とともに減少しますが、不思議なほど高いままでした. Arcavi は、発見から 250 日以上経過した 2015 年 5 月 16 日に、iPTF14hls のコメント ログに「これは 1 つのクレイジーな SN です」と入力しました。 「残念ながら、もうすぐ太陽の陰に隠れてしまいます。」
そうすれば、科学者たちは、それは永久になくなるだろうと考えました。しかし、9 月が転がり、iPTF14hls が太陽の後ろから忍び寄ると、そのきらめきがありました。実際、光は以前よりも明るくなりました。
イスラエルのワイツマン科学研究所の天体物理学者で、ラス クンブレス天文台チームを含む世界的な超新星プロジェクトの一員である Ofer Yaron 氏は、「誰かが私たちと一緒に遊んでいます」と記録しました。
ラス クンブレス グループは、星の死の分類法を開発するという天文学者によるより広範なミッションの一環として、3 年間で 500 個の超新星を追跡することを目指していました。カリフォルニア大学サンタクルーズ校の理論天体物理学者であるスタン・ウースリー氏は、「質量、金属量、回転速度が異なるすべての星が死ぬときに何をするかについて、いくつかの図を合成することが目標です」と述べています。太陽のような多種多様な星は比較的重要ではない存在と存在から消えて点滅しますが、超新星になるような大質量星は宇宙のエンジンであり、生と死の中で物質をかき混ぜて処理します。これらの稀な星の爆発は、少なくとも 8 つ、数百もの太陽質量を詰め込み、金属 (天文学者は水素やヘリウムよりも重いすべての元素と呼んでいます) を鍛造し、周囲の銀河に物質を吐き出し、次のより金属的な世代を誕生させます。星の。その間、それらのコアはブラック ホール、超高密度中性子星、マグネターとして知られる磁化された中性子星、またはパルサーと呼ばれる回転するマグネターに崩壊する可能性があります。銀河の進化を理解するには、恒星の運命の全範囲を知ることが重要です。しかし、ラス・クンブレスのような最近の調査結果は、星が誰もが知っていたよりも多くの方法で死ぬことを示唆しています.
研究者たちは次の 2 年間、iPTF14hls を静かに監視し、何人かが彼らが発見したことについての手がかりを持っていることを期待して、少数の選ばれた理論家と彼らの奇妙な目撃について話し合った.超新星爆発の際にガンマ線バーストと呼ばれる明るい閃光を放つマグネターの誕生、または周囲の星状物質を飲み込む新たに形成されたブラックホールの誕生などのアイデアが浮かびましたが、何もうまくいきませんでした。ラスカンブレス天文台とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の天文学者であるアンディ・ハウエルは、次のように述べています。ラス・クンブレス超新星チームを率いる。 「彼らはそれについて何も知りません。」
理論家が知っていることは、核燃料がなくなると、大質量星は通常、超新星になるということです。外向きの放射圧が低下すると、コアが重力によって崩壊し (ブラック ホールまたは中性子星が形成されます)、内部の収縮により外向きの衝撃波が発生し、星の外殻の物質が宇宙に押し出されます。タイプ II-P 超新星では、「前駆」星の外殻に十分な水素が含まれているため、超新星衝撃波によってイオン化されて不透明になります。脱イオンしながら着実に光を放ち、特徴的な100日間の明るさのプラトーをもたらします。 iPTF14hls のスペクトルで検出された水素と鉄は、II-P のスペクトルと正確に一致していましたが、Howell 氏は、「II-P は 30 日目にどのように見えるか、この奇妙なものは 300 日目にどのように見えるか」と述べています。その祖先の星は異常に巨大で、これまでにないレベルの水素を含んでいて、何百日も輝いていたに違いありませんが、それでも、その神秘的な明るさと減光、または爆発する物質の速度が衰えないことを説明することはできません。これが何であっても、組成は II-P 型超新星のように見えましたが、そのような振る舞いはしませんでした。
2016 年 9 月、ハウエルは、ドイツのガーヒングで開催された超新星会議で、最初に iPTF14hls を発見した Intermediate Palomar Transient Factory の天空調査の運営を支援する天文学者、ピーター ニュージェントを含む聴衆に、ラス クンブレスの調査結果を発表しました。ニュージェントと他の超新星研究者は、信じられないほど長い超新星に関する詳細を吸収するにつれて、サンタクルーズの理論家であるウーズリーなどによって開発されたよく知られた理論について考えました。 Woosley は、初期質量が太陽質量の 70 から 140 の範囲にある星は、巨大なスケールで作用する量子現象により、「脈動対不安定性超新星」(PPISN) と呼ばれる段階的な爆発で死ぬだろうという仮説を立てています。これらの巨大な星はコア崩壊を起こすのではなく、非常に熱く燃えるため、その放射が自発的に電子-陽電子対に変換されることが計算で示唆されています。光から物質への切り替えで放射圧が失われると、星は突然収縮します。圧縮によって星の外殻の燃料が発火すると、収縮が逆転し、星が爆発します。次に収縮し、爆発して、停止したヒーブホーになります。
PPISN はこれまで決定的に見られたことはありませんでしたが、理論家は、1 つの特徴を常に共有しながら、さまざまな方法で展開すると信じています。量子対不安定性を経験するのをやめるのに十分なほどサイズが小さくなり、その時点で、最終的に、それらは重力で崩壊してブラックホールになります. (ウーズリーの理論が正しければ、特定の質量範囲でブラック ホールが存在しないはずです。なぜなら、その範囲で始まった星は、脈動対不安定性爆発によって収縮するからです。天文学者は、このブラック ホールの「質量ギャップ」を探しています。レーザー干渉計重力波天文台。放出された砲弾が互いに衝突すると、iPTF14hls の光の特徴のように、爆発が一時的に明るくなったり暗くなったりするように見えます。
Garching で、Nugent は、iPTF14hls の前駆星からの前駆体爆発の証拠について歴史的記録をチェックすることを考えました。彼は、デジタル化されてオンラインに公開されていることを知っていたパロマー オプティカル スカイ サーベイの古い写真プレートの膨大なアーカイブを検索しました。 Nugent が最初に確認した 1993 年の Palomar の調査の画像には、iPTF14hls の兆候はありませんでした。しかし、1954 年の調査で得られた、より古い、粒子の粗い写真乾板を見ると、驚くべきことに、その場所に一点の光が輝いていました。超新星はまれであり、2 つの異なる大質量星が同じ小さな銀河で数十年以内に爆発する可能性はほとんどありません。写真乾板のデジタル化された画像の信号の統計的有意性を推定するのは難しい、と Nugent は述べた。 「でもあなたの目は嘘をつかない。これを見て、『OK、まさにその通りだ』と言うでしょう」
繰り返しの噴火は、iPTF14hls が実際に、アインシュタインの E による自発的な量子変換の結果である脈動対不安定性超新星である可能性があることを示唆しています。 =mc 、エネルギーから物質へ、そして再びエネルギーへ。もしそうなら、この発見は大胆な PPISN 仮説を証明し、星と死の分類学に大きな分岐点を追加するでしょう。 Arcavi、Howell、および彼らの Las Cumbres の同僚は、論文で iPTF14hls の主要な説明として PPISN のアイデアを提供していますが、理論に問題がないわけではありません。 「私たちが Nature で言及している説明は Arcavi 氏は、現在の PPISN 理論に言及して、「そのため、まだよくわかっていません」と述べています。
1 つには、iPTF14hls の既知の爆発の過程で放出された莫大なエネルギー (さらに多くの可能性がある) は、ペア不安定メカニズムがどれだけのエネルギーを集めることができるかについての Woosley の予測をすでに上回っています。この理論はまた、奇妙な超新星のスペクトルに含まれるかなりの量の水素を説明するのに苦労している — 初期の噴火は、星の水素エンベロープを宇宙に吹き飛ばしたはずである — 水素の異常に速い速度は言うまでもなく、明るさの変化との相関関係を示していない. (Woosley は、水素の測定値を説明する方法について「考え」があると言っています。)
PPISN のアイデアは観測と完全に一致するわけではありませんが、それは研究者が理論を改善する必要があることを意味するだけかもしれません。恒星は大きく異なる方法で進化し、モデル化と予測には計算処理が必要です。多くの場合、理論家は星の 2 次元スライスのコンピューター シミュレーションしか実行できず、慎重に 3 次元に推定できます。彼らは PPISN のエネルギーを過小評価している可能性があります。
PPISN 理論の状況証拠の 1 つは、iPTF14hls が「矮小」銀河にあることです。これらは主に水素とヘリウムで構成されており、金属として知られるより重い加工元素はほとんど含まれていません。矮小銀河の新鮮な原料によって、肥沃な土壌にあるカボチャのように、巨大な星が形成されます。星は、脈動対不安定性によって、死に必要な質量範囲に達することができます。研究者たちは、彼らの超長超新星が PPISN ではなく、まだ想像されていない何かであったとしても、そのような天体は、私たちのような銀河でさえ水素が豊富で金属性が低かった何十億年も前に、より人口が多かった可能性があると指摘しています。 「おそらく初期の宇宙では、これらははるかに一般的でしたが、現在は多かれ少なかれ絶滅しています」とハウエルは言いました。 「つまり、恐竜か何かです。」
iPTF14hls が発見され、記述されたので、同様のオブジェクトが現れ始める可能性があります。それらの特性は、それらが PPISN であろうと他のものであろうと、新しい超新星クラスを徐々に定義します。ラス クンブレス天文台のグローバル望遠鏡ネットワークによる継続的な監視により、超新星の時間的なビューが開かれ、さらに多くの驚きがもたらされる可能性があります。
結局のところ、近年出現した奇妙な超新星は iPTF14hls だけではありません。天文学者は、非常に明るい、いわゆる「超光速」超新星も発見しましたが、その原因と起源も不明です。 「そのうちのいくつかは非常に明るく、通常の超新星の 100 倍の明るさです」と Woosley 氏は言います。 「つまり、それらは古いテーマの単なるしわではありません。彼らは野獣です。」
発見から1000日後、iPTF14hlsはついに衰退しています。その光は最大輝度の 20 分の 1 に減衰しています。しかし、その衝撃波が拡大し、星の以前の噴火からの物質の殻に遭遇するにつれて、物事は再び回復する可能性があると科学者たちは述べた. 「1954 年に見たものです。その殻にぶつかるまでには、さらに 20 年かかる可能性があります」とニュージェントは言いました。
