どうも！宇宙ヤバイch中の人のキャベチです。

今回は「現代人類が唯一間近で見れた超新星と、最強宇宙望遠鏡が新たに発見した未知の構造」というテーマで動画をお送りします。

●超新星「SN 1987A」

今から約35年前の1987年の2月23日、私たちの住む天の川銀河から約16万光年離れた所にあるお隣の銀河大マゼラン雲にて、超新星爆発が発生しました。

超新星爆発は、大質量の恒星の一生が終わる瞬間に起こる、宇宙の中でも最大級のエネルギーを誇る大爆発現象です。

爆発を起こしたのは太陽の20倍程度の質量を持ち、高温で青く輝く青色超巨星でした。

この超新星爆発は、1987年で最初に観測されたSuperNovaということで、「SN 1987A」と命名されています。

SN 1987Aは1987年2月23日に初めて確認され、そこから徐々に増光して5月にピークを迎え、その後さらに数か月かけて徐々に減光していきました。ピーク時の視等級は約3等級と、地球から肉眼でも十分に見える明るさとなったようです。

爆発を起こした元の恒星の明るさは約12等級だったので、最大で元の5000倍にまで増光したことになります。

太陽と比べると実に1億倍の明るさとのこと…流石に超新星爆発なだけあり、桁違いなエネルギーです。

SN 1987Aは、最近地球に近い場所で発生した唯一の超新星爆発で、天の川銀河内ではないもののその隣の銀河で発生したことから、過去350年間で唯一肉眼で見えるほど明るく輝いた超新星となっています。

超新星爆発の発生の瞬間、日本のスーパーカミオカンデの前身であるカミオカンデを含む3か所の検出器がニュートリノを検出しました。

これは超新星爆発からニュートリノを検出した初の事例で、これを讃えて2002年にはカミオカンデを利用した研究チームがノーベル賞を受賞しています。

各地で検出されたニュートリノの個数から、超新星爆発によって放たれたニュートリノの個数は10^58個、総エネルギーは10^46Jにも及ぶと計算されました。

このことから、爆発によって太陽がこれまで46億年間で放出した総エネルギーの1000倍のエネルギーがわずか10秒間で放出されたことが示されました。

また超新星SN 1987Aの周囲には、美しいリングが重なったような構造が見られることが知られています。

地球からでは一見平面的な構造のように思えますが、実際はこのガスはこのような複雑な砂時計のような形をしていると考えられています。

●SN 1987Aのタイムラプス

超新星SN 1987Aは、観測技術が進歩した現代において天の川銀河の付近で発生した超新星なので、発生した比較的初期から映像が残っており、それらを組み合わせることでこの周囲のガスの変化を確認できます。貴重な映像です。

超新星爆発によって吹き飛ばされた星の外層のガスは周囲に拡散していき、「超新星残骸」と呼ばれる星雲を形成します。

ですが実はSN 1987Aの超新星残骸はこのリングの内部にあるもやもやした構造です。

では周囲のリングは何かというと、超新星爆発が起こる一因となった現象によって、爆発より前の別のタイミングで放たれた恒星のガスとなっています。

爆発より前に放たれたガスに、より高速で移動する超新星残骸のガスが追い付きぶつかり合うために、このように爆発から年数が経った後に逆に周囲のリングが明るく輝いていると考えられています。

そしてその外側にある明るい部分も、同様に爆発時に超高速で放たれたガスが周囲の物質と衝突することで形成されたものであるとのことです。

●超新星で残った中性子星の痕跡を発見か

超新星SN 1987Aを起こした星の核は、自身の強大な重力で圧縮され、中性子星が残っていると考えられています。

ですが宇宙スケールでは爆発後間もないこともあり、現在も高密度の塵やガスで隠され、中性子星の姿は未発見です。

そんな中2020年7月、SN 1987Aの爆心地付近に中性子星が存在している痕跡を捉えることに成功したと発表がありました。

国立天文台が保有する、南米チリにあるアルマ望遠鏡の超高解像度観測により、SN 1987Aの残骸内部に周囲よりも高温な塵の集まりが発見されました。

超新星爆発が起きてから間もない中性子星は、表面温度が500万度にもなるそうです。

画像で示された範囲の高温領域が広がっていることは、中性子星の表面温度に関する理論的な予測と矛盾していないそうです。

また高温領域は、超新星に関する構造全体の中心部よりやや左に寄っています。

実はこの中性子星は超新星時に秒速数百kmという速度で中心部からはじき出されたと予測されており、これも観測結果が予測に矛盾しません。

以上のように理論的に予測されている中性子星の温度と位置が観測結果と合致していることから、この高温領域は中性子星の存在を間接的に示すものとなっています。

ただし周囲を覆うガスや塵が晴れ、中性子星の姿を直接観測できるようになるまでには、あと数十年はかかると考えられています。

●JWSTによる最新画像と、新発見の構造

そして、最新最強の宇宙望遠鏡として知られる「ジェイムズウェッブ」が2022年の9月1日と9月2日に取得したデータをもとに作成された最新の画像も、2023年9月の初めに公開されています。

リング内部にある鍵穴のような形をした超新星残骸がはっきりと見え、その周囲には黒っぽい三日月状の構造が見えますが、この三日月状の構造は圧倒的な観測性能を誇るJWSTが初めて明らかにした構造です。

その正体は超新星爆発で噴出したガスの外層の一部と考えられています。

JWSTが観測に用いた近赤外線は、ハッブルなどが撮影した可視光よりも塵の雲を透過しやすい性質を持っています。

具体例として、ハッブルとJWSTがそれぞれ撮影した、地球からへび座の方向に約6500光年彼方にある「わし星雲」という天体の中央部にある「創造の柱」と呼ばれる有名な天体の画像を見てみましょう。

創造の柱の正体は低温のガスや塵から成る、分子雲と呼ばれる巨大な雲です。

その背後の天体から来る可視光は分子雲を透過できないものの、赤外線は分子雲を透過して地球にやってくるので、JWSTの画像の方が背後の天体の姿をよく映しています。

しかしSN 1987Aの超新星残骸は余りに高密度であるため、近赤外線ですら透過できず、その内部や背後の情報がよくわからないままです。

中心に存在すると考えられている中性子星の直接観測も未達成のままです。観測性能の進歩と超新星残骸の拡散により、近いうちに中心部の詳細も解明されることが期待されています。

ということで今回は、現代の人類が間近で観測した唯一の超新星「SN 1987A」についてまとめました。