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ついに発見された理論上の超新星—明らかになった恒星進化の分岐点—

理論的に予測されていた爆発メカニズムの超新星が、アマチュア天文家と観測・理論の天文学者らによって、初めて発見されました。これまで謎とされてきた恒星進化の分岐点の解明に迫る研究成果です。



図1：電子捕獲型超新星2018zd（右の明るい点）。この超新星はきりん座方向にある銀河NGC 2146（左）に発見された。ラスクンブレス天文台で撮影された超新星2018zdの画像と、ハッブル宇宙望遠鏡で撮影された超新星出現前の画像とを合成して作成。（クレジット：NASA/STScI/J. DePasquale, Las Cumbres Observatory）

質量が小さな恒星が白色矮星となって静かにその生涯を閉じるのに対して、質量が大きな恒星は超新星爆発を起こしその一生を終えます。この終焉の姿の違いは恒星の質量で決まり、その分岐点は太陽のおよそ8倍と考えられています。

この分岐点にあたる質量を持つ恒星は、「電子捕獲型超新星」と呼ばれる特殊なメカニズムで爆発することが、東京大学の野本憲一教授らによる理論研究で、この 40 年来予測されていました。超新星爆発を起こす恒星のなかでもより質量が大きな恒星は、中心部に鉄のコア（芯）を形成した後に爆発を起こします。一方で、分岐点にあたる質量の恒星は、酸素・ネオン・マグネシウムから成るコアを形成します。このコアは電子の力で支えられていますが、その電子がマグネシウムやネオンに捕獲されてしまい、コアを支えることができなくなって爆発するのが電子捕獲型超新星のメカニズムです。



図2：電子捕獲型超新星の元となる星の内部で起こると考えられる電子捕獲反応の模式図（クレジット：S. Wilkinson; Las Cumbres Observatory）

このように特殊なメカニズムで爆発する電子捕獲型超新星は、観測される振る舞いも通常とは異なる特徴を示すと考えられています。国立天文台 科学研究部/天文シミュレーションプロジェクトの守屋尭助教、冨永望教授らは、電子捕獲型超新星の明るさの変化などの振る舞いを理論的に予測するシミュレーションを、精力的に行ってきました。ただ、こういった研究から、藤原定家の『明月記』にも記された 1054 年の超新星が電子捕獲型超新星だった可能性が指摘された例はあったものの、発見された天体が電子捕獲型超新星であると確かめられたことは、今までありませんでした。

2018年3月にアマチュア天文家の板垣公一さんが発見した爆発直後の超新星 2018zd は、同じくアマチュア天文家の野口敏秀さんによって、発見直後からの明るさの変化が詳しく観測されました。また、米国のカリフォルニア大学博士課程の学生・平松大地さんを中心とする観測チームが、世界中の望遠鏡を用いてこの天体の詳細な観測を行いました。その結果、この天体の振る舞いは、たいへん特徴的で、理論やシミュレーションで予測されていた電子捕獲型超新星の特徴によく一致していました。さらに、ハッブル宇宙望遠鏡が偶然捉えていた爆発前の天体の状態から、太陽のおよそ8倍の質量を持つ恒星が爆発したと推測されました。つまり、電子捕獲型超新星が示す特徴の全てが一致する超新星が、初めて発見されたことになるのです。

この電子捕獲型超新星 2018zd の発見は、白色矮星となるか超新星となるか、その分岐点にあたる恒星の進化の謎に迫る、重要な成果です。電子捕獲型超新星の観測的な特徴が明らかになったことで、類似の超新星の発見が容易になると考えられます。今後は、その発生頻度といったさらに詳細な情報が、発見観測から得られることが期待されます。

この研究成果は、D. Hiramatsu et al. “The electron-capture origin of supernova 2018zd” として、英国の天文学専門誌『ネイチャー・アストロノミー』に2021年6月28日付で掲載されました。

詳細は，国立天文台科学研究部プレスリリース「ついに発見された理論上の超新星—明らかになった恒星進化の分岐点—」をご覧ください．

（2021年6月29日 掲載）

【論文】

タイトル：“The electron-capture origin of supernova 2018zd”
著者：Daichi Hiramatsu, Takashi J. Moriya, Nozomu Tominaga et al.
掲載誌：Nature Astronomy
DOI：10.1038/s41586-021-03434-1

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