超新星の起源:暴力的な星がどのように金とプラチナを生み出すか

2004 年 12 月に地球を襲った突然のガンマ線の爆発は、金やプラチナなどの宇宙の最も重い元素がどこから来たのかという、天体物理学の最大の謎の 1 つを解明するのに役立っています。

ビッグバンの当時、宇宙には最も軽い元素、水素、ヘリウム、そして少量のリチウムだけが含まれていました。鉄のような重い元素は、後に星の心臓の中で鍛造されました。しかし、鉄より重い元素はあるのでしょうか？それはさらに難しいパズルでした。

珍しい種類のイベント

「これは、宇宙における複雑な物質の起源という点で、かなり根本的な疑問です」と、ニューヨークのコロンビア大学の博士課程学生、アニルー・パテルは言う。 「これは、実際には解決されていない楽しいパズルです。」

2004 年のイベント中、NASA と ESA 宇宙船に搭載された検出器が強力なガンマ線フラッシュを捉えました。 10分後、より弱い信号が到着しましたが、その発信源は不明のままでした。つまり、今までです。

科学者らは20年分の衛星データを再調査し、バーストの原因を地球の1兆倍強い磁場を持つ中性子星マグネターSGR 1806-20まで遡ることに成功した。マグネターは時折、驚異的なエネルギーを放出する「星震」を経験します。これは太陽が 100 万年かけて放出するエネルギーをすべて 1 秒以内に放出します。この研究結果はThe Astrophysical Journal Letters に掲載されました。 、巨大マグネターフレアが、天の川銀河の鉄より重い元素の最大 10% を占める可能性があることを示しています。

「これらの元素が形成される場所の証拠を直接見たのは、これが実に2回目です」と、最初は中性子星の合体であり、研究の共著者であるフラットアイアン研究所計算天体物理学センターの上級研究員でコロンビア大学教授のブライアン・メッツガー氏は言う。 「これは、重元素の生産に関する私たちの理解における大きな進歩です。」

証拠をまとめる

2024 年、メッツガーと 2 人の同僚は、マグネター巨大フレアが中性子星地殻に及ぼす影響と、それに関連して重元素が形成される可能性がある宇宙へのバリオン質量放出を計算した論文を王立天文学協会の月刊通知に発表しました。

中性子星は、大質量星が爆発した後に形成され、その核は非常に密度が高く、その物質の重さは小さじ1杯で10億トンに達します。マグネターは、地球の数兆倍も強い磁場に包まれたさらに極端な種類です。まれに、その磁場がねじれると、星の地殻が「星震」で折れ、太陽が 100 万年かけて放射するのと同じくらいのエネルギーが一瞬のうちに放出されることがあります。

この最新の発見で、チームは理論モデルを、最近引退したESAのINTErnationalガンマ線天体物理学研究所(INTEGRAL)天文台とNASAの2つの衛星、RHESSIとWind craftからのアーカイブされた測定値と比較した。

彼らの計算によると、フレアはおよそ200 億十億を生み出したという。 （タイプミスではありません）キログラムの重元素（地球の質量の約 3 分の 1）が含まれ、その物質が光の 10 分の 1 の速度で星間空間に飛散しました。巨大なフレアは不安定で重い放射性核を生成し、それが崩壊して金などの安定した元素になります。同様のフレアが銀河全体で 100 年ごとに数回発生した場合、低速の中性子星衝突が宇宙を豊かにし始めるずっと前に、若い恒星系が誕生する可能性があります。

「マグネターの巨大フレアは、若い銀河が合体だけでは説明できないほど重い元素を示すというこれまでの問題の解決策となる可能性がある」とパテル氏は語った。

2027 年に打ち上げ予定の NASA のコンプトン分光画像装置 (COSI) は、新たに鋳造された金属の証拠となるガンマ線の指紋を見つけるために空を調査します。巨大フレアが単一の銀河内で発生することはまれですが、観測可能な宇宙のどこかで年に 1 回程度発生するはずです。 COSI は、これらのイベントで作成された個々の要素を識別できるようになり、要素の起源について新たな理解を提供します。

研究者らはまた、他のアーカイブデータを追跡調査して、他のマグネター巨大フレアの観測に他の秘密が隠されていないかどうかを確認する予定です。

「携帯電話やコンピューターに含まれる貴金属など、私たちの周りにある重元素の一部が、このような異常な極限環境で生成されると考えるのは、非常に信じられないことです。」とパテル氏は言いました。