この有名な超新星残骸には秘密が隠されている

巨大な恒星が生涯を終え、超新星爆発を起こすと、宇宙空間に超新星残骸と呼ばれる巨大な構造を残すことがあります。これらは美しく特徴的な形状をしているため、天文学者にとって格好の観測対象です。昨年、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって撮影された有名なSN 1987A残骸もその一例です。そして今、ウェッブ宇宙望遠鏡を用いた天文学者たちは、この残骸をより詳しく観測し、内部に特別なものを発見しました。

SN 1987A超新星は1987年に初めて観測され（その名の由来）、肉眼で見えるほど明るく、天文学的な基準からすると極めて最近の出来事です。星の寿命は数百万年、あるいは数十億年と長いため、その寿命の終わりをリアルタイムで観察することは、まさに科学的な喜びです。この星は死後、中心核崩壊型（タイプII）と呼ばれる超新星爆発を起こしました。これは、星の中心部の燃料が尽き、突然激しく崩壊するものです。この崩壊は非常に激しく、物質が跳ね返り、光速の4分の1に達する爆発となって放出されます。

このプロセスは、中性子星かブラックホールのいずれかとなる、小さく極めて高密度の核を残すと理論づけられています。この理論は広く受け入れられていますが、科学者たちはこれまで、超新星爆発後に実際にこのような現象が起こっているのを観測したことはありませんでした。研究者たちはウェッブの観測機器をSN 1987aに向けたところ、残骸の中心に中性子星が存在する証拠を発見しました。

「SN 1987Aの理論モデルによれば、超新星爆発直前に観測された10秒間のニュートリノバーストは、爆発中に中性子星またはブラックホールが形成されたことを示唆していました。しかし、私たちはこれまで、このような新生天体の明確な兆候を、いかなる超新星爆発からも観測していません」と、主任研究者であるストックホルム大学のクレス・フランソン氏は声明で説明した。「今回の観測によって、新生コンパクト天体、おそらく中性子星によって引き起こされた放射の直接的な証拠を発見したのです。」

中性子星の兆候を発見できるようになるまでには、残骸の観測を30年以上続けなければなりませんでした。観測には極めて高感度の機器が必要だったからです。この残骸は、ウェッブ宇宙望遠鏡が2022年7月に中間赤外線観測装置（MIRI）を含む科学観測を開始した際に観測した最初の天体の一つでした。MIRIには中分解能分光器（MRS）と呼ばれる特殊なモードがあり、非常に高エネルギーの写真によって生成される電離アルゴンやその他の電離元素を観測することができます。

「放出物中に観測されたこれらのイオンを生成するには、SN 1987A残骸の中心に高エネルギー放射線源が存在しなければならなかったことは明らかでした」とフランソン氏は説明した。「論文では様々な可能性を議論し、可能性のあるシナリオはごくわずかであること、そしてそれら全てが新たに誕生した中性子星に関係していることを明らかにしました。」

MIRIからの証拠と近赤外線分光器（NIRSpec）からの同様の兆候を組み合わせることで、研究者は、中心核崩壊型超新星から中性子星が形成されるという初めての直接的な証拠を手に入れ、星の劇的なライフサイクルの理解に一歩近づきました。

この研究はサイエンス誌に掲載された。