きらめく若い恒星と星間物質のガスや塵

Posted by moonrainbow on 15.2018 宇宙   0 comments   0 trackback
宇宙に散らばる星々の花火

星々の花火
 
画像は、きらめく若い恒星と星間物質のガスや塵を同時に捉えたものです
 
地球から2万光年先のりゅうこつ座の方向に存在するこの領域には、「NGC 3603星雲」が含まれます。これらの星々はほぼ同時期に誕生しましたが、そのサイズや質量、温度、色などはそれぞれ異なるのです。またいくつかの巨大な恒星は内部の水素を急速に消費し、スーパーノヴァを起こしてその生涯を終えます
 
画像の撮影日時は2009年8月と2009年12月で、ハッブル宇宙望遠鏡の広視野カメラ3を利用して可視光と赤外線の両方で撮影されました
 
Image Credit: NASA, ESA, R. O’Connell (University of Virginia), F. Paresce (National Institute for Astrophysics, Bologna, Italy), E. Young (Universities Space Research Association/Ames Research Center), the WFC3 Science Oversight Committee, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

2018/07/04
Soraeより

超新星残骸の進化の初期段階

Posted by moonrainbow on 13.2018 宇宙   0 comments   0 trackback
超新星1987Aの残骸の磁場を検出

「SN 1987A」の残骸
2010年にハッブル宇宙望遠鏡が撮影した「SN 1987A」の残骸。外側の2つの暗いリングの形成要因はわかっていない(提供:ASA, ESA, R. Kirshner and P. Challis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics))

約30年前に出現した超新星1987Aの残骸から、初めて磁場が直接検出されました。超新星残骸の進化の初期段階を理解する手がかりとなります

超新星1987A(SN 1987A)は、16万8000光年彼方に位置する天の川銀河の伴銀河「大マゼラン雲」に1987年2月に出現した超新星です。最大で約3等級まで明るくなったSN 1987Aは、1604年に出現した「ケプラーの新星」以来の肉眼で見える超新星となりました

この超新星が出現してから約30年の間に、超新星爆発で吹き飛ばされた物質や星の最期に発生した衝撃波は、爆発前から星の周囲に存在していたガスや塵を通過して外側へと移動し続けています。現在、超新星の周囲に見られる直径約1光年のリング状の構造は、放出された物質や衝撃波が星の周囲にあった物質と衝突することにより光っているものです

西オーストラリア大学のGiovanna Zanardoさん、カナダ・トロント大学ダンラップ研究所のBryan Gaenslerさんたちの研究チームは、豪・ポール・ワイルド天文台のオーストラリア望遠鏡コンパクトアレイ(Australia Telescope Compact Array; ATCA)を使ってSN 1987Aの残骸の放射を調べることにより、初めて磁場の直接観測を行いました

「私たちは、冷蔵庫に貼りつけて使う磁石の5万分の1ほどの強さの磁場を、約17万光年彼方で測定することに成功しました」(Gaenslerさん)。「これは、大質量星の爆発後に形成された磁場を、可能な限り早い段階で検出したものになります」(Zanardoさん)

明らかにされた超新星残骸の磁場は乱雑なものではなく、ある程度秩序だっており、自転車の車輪の中心から伸びるスポークのように整列していました。超新星残骸では時間が経つと共に、磁場が引き伸ばされて整ったパターンに整列することが知られているが、今回の観測研究により、爆発から30年という比較的短い期間で、超新星残骸の磁場が整列することが示されました

SN 1987Aの残骸の磁場の分布
SN 1987Aの残骸の磁場の分布。オレンジ色の短い線は磁場の向き(提供:Giovanna Zanardo)

「超新星残骸が拡大し進化するにつれて磁場の形がどのような変化を見せるのか、今後も観測を続けたいと考えています」(Gaenslerさん)

2018年7月5日
AstroArtsより

恒星「PDS 70」は誕生した瞬間の惑星だった!

Posted by moonrainbow on 12.2018 宇宙   0 comments   0 trackback
惑星の赤ちゃんだ!史上初、惑星が誕生する瞬間を撮影することに成功

惑星の赤ちゃん

生れたよ!何が生まれたかって?惑星だよ!

 史上初めて惑星の赤ちゃんの姿がとらえられたそうです。それは地球から370光年先にあるK型主系列星の周囲を囲む塵の円盤の中に道を作っています

 恒星は「PDS 70」といい、以前よりその軌道に惑星が存在するのではないかと疑われてきた星です。新たに発見された惑星には「PDS 70b」という名前が授けられました

ESOcast 169 Light: First Confirmed Image of Newborn Planet (4K UHD)



惑星の形成

 惑星の形成については非常に明確かつ現実的なモデルがありますが、それを証明することは少々難しかったのです

 星が新しく形成されたとき、赤道の周りに塵・岩石・ガスの渦巻く円盤を伴うことが知られています。これらが互いに衝突し、徐々に重力を強め、軌道経路から物質を集めることで、次第に惑星が形成されると考えられています

 これまでこうした軌道のクリアリングを示唆する”すきま”を持ついくつかの原始惑星系円盤が発見され、さらに惑星の存在を裏づけるスペクトルデータまで入手されました

惑星の赤ちゃん1
地球から450光年離れたLkCa 15と呼ばれる星のデータ
image credit:Sallum/University of Arizona

 しかし生まれようとしている惑星を実際に撮影することは簡単ではないのです。その理由は、普通、外惑星はあまりにも遠すぎるため、光学望遠鏡で捉えるには暗すぎるからです

 しかも恒星の輝きによって惑星が反射する光が隠されてしまう場合はなおさらです(昼間に地上から星が見えないのもこの理由)


PDS 70に意味ありげなすきまを発見

 2012年、PDS 70の原始惑星系円盤に意味ありげなすきまが発見されました。日本のすばる望遠鏡が発見したものです

惑星の赤ちゃん2
image credit:若い太陽のまわりの惑星誕生現場に見つかった巨大なすきま~複数の惑星が誕生している現場か?~ | 国立天文台(NAOJ)

 マックス・プランク天文学研究所とヨーロッパ南天天文台が惑星の赤ちゃんを探すことにしたのはこの場所です

 「若い恒星の周囲のこうした円盤は惑星が生まれる場所ですが、これまでそこに惑星の赤ちゃんがある兆しを検出できたことは数えるほどです」とマックス・プランク天文学研究所のミリアム・ケプラー氏は話しています

 「問題は、惑星候補のほとんどが円盤の中にあったことです」

 だがPDS 70については新しい惑星を探す上で都合のいい特徴がありました。原始惑星系円盤の半径が130au(1auは地球と太陽の距離)と大きいのです

 PDS 70はK型主系列星であり、質量は太陽のそれよりわずかに軽く、それほど明るくもない。つまりコロナグラフ観測にはうってつけだということです

惑星の赤ちゃん3
「PDS 70b」誕生の瞬間
image credit:.eso

 画像中央にある黒い円は、恒星の明るい光を遮り、他の天体を見えるようにする遮光円盤です。くわえて、光の特定の波長を遮る特殊なフィルターも使用されています

 これを可能にしたのが、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡に装着される「SPHERE」という惑星発見に特化した観測機器です

 そのコロナグラフフィルターと偏向フィルターを用いることで、PDS 70の原子惑星系円盤のすきまを軌道する巨大な惑星が発見された――すなわち、おそらくはまだ物質を蓄積する過程にあるということです

惑星の赤ちゃん4
image credit:eso

PDS 70bの詳細も明らかに

 そのスペクトル解析から、質量が木星の数倍あり、軌道は22auであることが判明。太陽の周囲を周る天王星のそれよりも少し遠い距離です

 公転周期は120年で、表面温度は1200ケルビンです。太陽系で最も熱い金星ですら平均737ケルビンなので、太陽系のどの惑星よりもずっと熱いことになります。またPDS 70bは雲に覆われているらしく、コアや大気からの放射線を修正しています

 居住可能ではないですが、今後の外惑星研究では主要な標的になりそうな感じです。現在進行形で形成過程にある惑星が発見されたのは史上初のことで、惑星科学にとって重要な発見です

References:eso.org

2018年07月04日
カラパイアより

可視光線で大規模な変動を示すX線連星

Posted by moonrainbow on 10.2018 宇宙   0 comments   0 trackback
可視光線で大規模な変動を示すX線連星

ASASSN-18eyの観測画像
3月17日に撮影されたASASSN-18eyの観測画像(撮影:清田誠一郎さん)

2018年3月に発見されたX線連星が可視光線で大規模な明るさの変動を見せています。0.7等級の振幅を生み出す原因はわかっておらず、継続的な観測が求められます

2018年3月11日、国際宇宙ステーションの日本実験棟「きぼう」に搭載された全天X線監視装置MAXIが、X線で徐々に増光する天体を見つけました。可視光線やX線での追観測によると、この天体の正体はブラックホールを主星に持つX線連星である可能性が高いとのことです。増光から3か月以上たった現在、このX線連星が可視光線で大規模な変動を示しています

X線連星とは、その名のとおりX線で明るくなる連星のことです。突発的に明るくなるためX線「新星」とも呼ばれていますが、いわゆる新星爆発とは別の現象です

主星はブラックホールや中性子星のような非常に重い星で、伴星は通常の恒星です。連星間距離が十分小さいため、伴星表面のガスが主星へと流れ込み、降着円盤を形成します。降着円盤にガスが十分蓄積されると、円盤不安定性によって円盤は突然明るくなり、大量のガスが主星へと落ちていきます。「ししおどし」にたとえられるこの理論によって、円盤は明るい状態と暗い状態を遷移します。基本的には矮新星(白色矮星を主星に持つ連星)のアウトバーストと同様ですが、X線連星の方が主星が重いため、解放する重力エネルギーも大きく、X線で明るく輝きます

しかし、アウトバーストの詳細な振る舞いについては未だに謎多き天体です。たとえば、2015年にアウトバーストを起こしたX線連星「はくちょう座V404星」の観測では、未知の円盤不安定性の存在が示唆されました(参照:「ブラックホール連星はくちょう座V404星がアウトバースト」)

今回増光した天体は、発見したX線観測装置MAXIの名前を取ってMAXI J1820+070と名付けられました。報告後、X線で明るくなる5日前にはすでに可視光線で明るくなっていたことがわかり、一番最初に増光をとらえていたサーベイプロジェクトASAS-SNが付けた「ASASSN-18ey」という名前でも呼ばれています。X線と可視光線での増光のタイムラグは、増光が円盤外側から始まったことを示唆しています。X線は、重力ポテンシャルが深い(つまりブラックホールに近い)円盤内側で生成されるため、このような差が生まれたと考えられます

アウトバーストを起こす前のASASSN-18eyは、可視光線で19.4等(g等級)の暗い天体でしたが、増光開始から20日ほど経った3月24日には11.7等(V等級)まで増光しました。これは、これまでアウトバーストを起こしたX線連星の中で5番目に明るい数字です。明るいおかげで、より詳細な観測が可能なため、世界中から注目が集まりました

その後、ASASSN-18eyは大規模な変動を見せることなくゆっくりと減光していきましたが、5月下旬から次第に小さな可視光線での変動を見せ始めました。その変動は徐々に大きくなり、6月4日には周期17時間、振幅0.3等のはっきりとした振動になりました

この可視光変動の正体は、今のところ「スーパーハンプ」だと考えられています。スーパーハンプとは、降着円盤が伴星の重力に振り回され、楕円変形することで発生する光度変動です。周期は連星の軌道周期より少し長い程度です。矮新星ではよく知られた現象で、一部のX線連星でも同様の現象が観測されています。スーパーハンプが発生すると、一時的に天体の平均光度が上昇することが知られています。今回の天体でも、実際に光度の上昇が確認されたため、この変動がスーパーハンプであると解釈されました

しかし、これまでのX線連星のスーパーハンプとは大きく異なる点があります。それは変動の大きさです。これまでX線連星で観測されてきたスーパーハンプは、振幅が0.1~0.2等程度でした。対して、ASASSN-18eyのスーパーハンプの振幅は、6月29日時点で、最大0.7等にまで成長しました。0.7等の差は、明るさでは1.9倍の増光を意味します。これは、あまりに大きな差です

なぜ、これほど大きなスーパーハンプが観測されているのか、理由は不明です。もちろん、スーパーハンプとは全く別の現象である可能性もあります。いずれにせよ、この大規模な変動現象の詳細な観測は、ブラックホール周辺での物理現象の解明に繋がることでしょう

6月29日時点で、このX線連星は13.4~12.7等(V等級)の間を大きく振動しています。これは口径20cm程度の天体望遠鏡であれば眼視観測が可能な数字です。ぜひこの機会に、ブラックホール周辺での大規模変動を目撃しておきたいところです

ASASSN-18eyの位置
ASASSN-18eyの位置。「ステラナビゲータ」で星図作成)

2018年7月4日
AstroArtsより

惑星が誕生する現場から多種の構造

Posted by moonrainbow on 07.2018 宇宙   0 comments   0 trackback
多彩な構造を持つ、惑星が誕生する現場

アルマ望遠鏡で観測されたMWC 758の周りの円盤
アルマ望遠鏡で観測されたMWC 758の周りの円盤。中心部には大きな楕円形の穴が開いており、その外側の円盤には3重のリングと2つの塵の集まり、渦巻き腕などいろいろな構造が写し出されている(提供:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Dong et al.)

アルマ望遠鏡による若い星の観測から、星の周囲の円盤中に渦巻き腕や塵のかたまり、少しひしゃげた形に開いた円盤の穴といった構造が発見されました。円盤内で形成されつつある惑星によって作られている構造かもしれません

惑星が誕生する現場である原始惑星系円盤には、隙間や環、塵の分布の偏りや渦巻き腕など様々な構造があることが、これまでの観測から知られています。この構造は、円盤内ででき上がりつつある惑星の重力によって作られるという説が考えられています。他にも、円盤中央部に開いた穴は星からの光によって円盤が蒸発することでできたという考えや、特別な条件の下では円盤の影によって渦巻き模様が現れるはずだという説もあり、長い間議論されてきました

台湾・中央研究院天文及天文物理研究所および米・アリゾナ大学のRuobing Dongさんたちの研究チームは、おうし座の方向500光年彼方にある若い星「MWC 758」をアルマ望遠鏡で観測しました。この星の周囲に広がる円盤には、2013年に行われたすばる望遠鏡による近赤外線観測で、2本の渦巻き腕が発見されています。また、別の望遠鏡による電波観測から、円盤の中央部に大きな穴が開いていることや、円盤部分に2つの塵のかたまりが存在することもわかっていました。

2017年のアルマ望遠鏡による観測では、円盤の中心部に開いている穴は円形ではなく、楕円形をしていることがわかりました。円盤の穴は中心星からの光によって円盤が壊されることでできるという考え方もありましたが、光は星から対称に出ていくため、楕円形の穴を作ることはできないのです。さらに、星の位置は楕円の焦点の一つと合致しています。「円盤に開いた穴が楕円形をしていて焦点の位置に星があるということは、ケプラーの第一法則に従ったものだといえます。これは、穴が力学的な要因によってできたことを示しています。つまり、惑星の重力によるものである可能性が高いのです」(工学院大学 武藤恭之さん)

また、すばる望遠鏡で発見された2本の渦巻き腕のうちの1本が、アルマ望遠鏡でも観測されました。従来の近赤外線観測だけでは、模様どおりに塵が分布しているのか、あるいは円盤構造の影によって渦巻き腕に見えているだけなのか判別できていなかったが、今回の結果により、実際に渦巻き腕の形に塵が密集していることがはっきりしました。近赤外線観測とアルマ望遠鏡の観測で見えた渦巻き腕の位置はわずかにずれており、これは惑星が作り出す「密度波」の理論とも合致します

「MWC 758はとても珍しい星です。これまでいろいろな原始惑星系円盤で見つかっていた主要な構造がすべて、この一つの星の周りに見えているのです。原始惑星系円盤で惑星がまさに作られているという、もっともまとまった証拠が見つかったといえるでしょう」(中央研究院天文及天文物理研究所 Sheng-yuan Liuさん)

「若い星を取り巻く円盤にはいろいろな構造が見つかっていますが、いったいどうやって作られたのか。これは、10年以上も天文学者たちを悩ませ続けている謎です。私たちは、MWC 758の円盤に驚くほど豊かな構造があることを見つけました。そしてこの発見は、いろいろな構造の起源について重要な示唆をしてくれます」(Dongさん

2018年6月28日
AstoroArtsより
 

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