広報活動

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2015年3月11日

理化学研究所

星の「ストレス発散」で飛び散ったプラズマの拡散過程を観測

- 世界最高のX線望遠鏡で天文単位の超精密写真判定 -

星は進化の過程である条件を満たすと、数十年から数万年に1回という頻度で表面に堆積したガスを小型核爆発によって吹き飛ばします。いわば、星が日頃に溜め込んだストレスを定期的な爆発で発散させているようなものです。この現象を「新星」と呼びます。新星の爆発で飛び散ったガスによる爆風が強い衝撃波を作れば、周りのガスを高温のプラズマになるまで加熱しながら大きく広がります。その際にプラズマはX線を放射するため、これを観測することでガスが拡散する様子がわかり、さらに爆発のメカニズムや宇宙の歴史を探るための重要な手掛かりが得られるとされています。しかし、これまで新星の爆風で高温プラズマが広がる様子を示す明確な証拠がありませんでした。なぜなら、新星の爆発は規模が小さいため観測が難しく、さらにプラズマが広がる過程を追うには最低でも2枚の鮮明なX線写真を十分な時間をあけて撮影する必要があるからです。

理研の研究者を中心とした共同研究グループは、約100年前となる1901年に新星爆発を起こした「ペルセウス座GK」に着目しました。この天体は、現時点で新星から最大規模となる高温プラズマが観測されていることで有名です。2000年には、米国NASAが打ち上げた「チャンドラX線観測衛星」に搭載された世界最高の空間分解能を持つX線望遠鏡を使い、その痕跡(X線)がはっきりと捉えられていました。そこで、研究グループは14年後の2013年に同じチャンドラ衛星のX線望遠鏡で追従観測を行い、ペルセウス座GKの爆発で高温プラズマが広がる様子をX線写真から捉えることに初めて成功しました。2013年と2000年に撮影された写真を比較した結果、地球から約1500光年離れたペルセウス座GKの爆風は秒速300km程度で、ガスの温度を約100万度に維持しながら14年間で0.01光年(約900億km)ほど広がったことを突き止めました。一方、X線の明るさは14年間で60から70%程度にまで低下していました。プラズマの温度に大きな変化が見られないことなどから、衝撃波で過熱されたプラズマが拡散し、密度が薄くなった可能性が高いことを示しています。さらに、観測で求めた温度や密度、爆風の速度、爆発のタイムスケールなどを理論と照らし合わせ、爆発全体のエネルギーや飛び散ったガスの全体量を見積もることができました。

ペルスウス座GK

新星爆発「ペルスウス座GK」の天体写真

爆発先端部におけるX線強度分布の比較

爆発先端部におけるX線強度分布(右)の比較