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2015年10月26日 (月)

惑星の破片をむさぼる「ゾンビ星」を観測

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白色矮星が近くの天体を崩壊させている現場が、このほど初めて観測された。崩れていく天体は、今後100万年以内に、白色矮星の表面に金属の塵だけを残して消滅してしまうだろう

  この発見について報告する論文は『ネイチャー』最新号に掲載された。論文の筆頭著者である米ハーバード・スミソニアン天体物理学センターのアンドリュー・ヴァンダーバーグ氏は、「多くの研究者が、こういう現象が起こっているに違いないと思っていましたが、今回ついに現場を押さえることができたのです」と説明する。

 

 

第2の地球を探していたら

 

 

 WD 1145+017はおとめ座の白色矮星で、地球からは約570光年離れている。この星が奇妙なふるまいをしている証拠を最初に発見したのはケプラー宇宙望遠鏡だった。この望遠鏡は、惑星が恒星の前を横切るときに恒星の明るさが一時的に変化する「トランジット」という現象を利用して太陽系外惑星を探している。

 

 ヴァンダーバーグ氏は、「私たちはケプラー宇宙望遠鏡で白色矮星を観測していたわけではなかったのです」と打ち明ける。なぜなら白色矮星は「ゾンビ星」とでも呼ぶべき天体で、太陽のような星が年をとり、膨れ上がって赤色巨星になった後、外層のガスが失われた、おそろしく高温で高密度の燃えさしであるからだ。一方、ケプラー宇宙望遠鏡が探しているのは生命が居住できるような太陽系外惑星で、そうした惑星は比較的若い主星のまわりの穏やかな環境にあると考えられている。(参考記事:「地球に「最も似ている」太陽系外惑星を発見」

 

 そのためWD 1145+017はケプラー望遠鏡の観測対象ではなかったが、たまたま視野に入っていた。惑星探しの専門家であるヴァンダーバーグ氏らはすぐに、白色矮星の前を何らかの天体が横切ってトランジットが起きていることに気がついた。けれども、その天体の正体を明らかにするためには、地上にある数基の望遠鏡を使って観測を行う必要があった。

 

 観測の結果、問題の天体(1個かもしれないし、数個かもしれない)は白色矮星のまわりを猛スピードで公転していて、わずか4.5~4.9時間で1周していることが分かった。このことから、白色矮星からその天体までの距離が、地球から月までの距離よりはるかに小さいことが分かる。

 

 この天体が非常に小さいことも分かった。一般に、白色矮星は非常に小さいので、ふつうの惑星が前を横切ればほとんど見えなくなってしまう。ところが今回の観測では、白色矮星は最大でも40%しか暗くならなかった。さらに奇妙なことに、暗くなる度合いにばらつきがあり、ぐっと暗くなることもあれば、あまり暗くならないこともあった。予想どおりのタイミングで暗くならないこともあった。おまけに、暗くなってから徐々に明るくなることもあった。トランジットを起こしているのが惑星であるなら、急激に明るくなるはずなのだ。

 

 

惑星が崩れ、塵の雲が伸びる

 

 

 天文学者が白色矮星の奇妙な性質に気づいていなかったら、この現象を説明するのは困難だっただろう。実は10年ほど前から、一部の白色矮星の大気中にマグネシウム、ケイ素、アルミニウムなどの比較的重い元素が存在していることが分かってきて、科学者たちの首をかしげさせていたのだ。英ウォーリック大学の天文学者で、白色矮星の重元素汚染について研究しているボリス・ゲンジケ氏は、「こうした元素は比較的短期間で消滅するはずなのです」と言う。それが消滅していないという事実は、比較的新しい時期に補充されたことを意味する。なお、ゲンジケ氏は今回の研究には参加していない。(参考記事:「最新研究で見えてきた「生命の星」地球のレシピ」

 

 もう1つの奇妙な事実は、多くの白色矮星のまわりに塵の雲が渦を巻いているように見えることだ。おそらくこの雲が、白色矮星の大気に重元素を補充している。私たちの太陽系にある塵は小惑星どうしの衝突によって生成されているが、ヴァンダーバーグ氏らの観測によると、WD 1145+017のまわりの塵は小惑星どうしの衝突ではなく、惑星の破片や小惑星といった微小な天体が白色矮星の強力な重力場によって破壊される過程で生成しているようだ。こうした微小天体は、崩壊しながら長い塵の尾を引いている。白色矮星の前を横切って明るさを暗くしているのは、微小天体そのものではなく、この塵の尾の方なのである。

 

 そう考えれば、白色矮星が暗くなってから徐々に明るくなる理由が分かる。「微小天体から離れるにつれて塵の尾が薄くなり、光を通すようになるからです」とヴァンダーバーグ氏は言う。トランジットが起こったり起こらなかったりする理由も分かる。塵の雲は生まれては消えてゆくからだ。さらに、岩石質の微小天体に豊富に含まれる重元素が白色矮星の大気に供給されるしくみも説明できる。

 

 ヴァンダーバーグ氏らの幸運な発見は、将来的には、強力な観測技術として太陽系外惑星の研究に利用されるようになるかもしれない。『ネイチャー』の論文の解説記事を執筆した英ウォーリック大学の天文学者フランチェスカ・フェイディー氏は、「崩壊する惑星と金属に汚染された白色矮星をもっとよく調べることで、惑星の核に由来する物質とマントルに由来する物質を区別できるようになるかもしれません」と言う。

 

 今回観測された現象についてはほかの解釈もできるかもしれないが、ゲンジケ氏は、ヴァンダーバーグ氏らの解釈が正しいと確信している。「私には、ほかの解釈は考えられません。私たちが10年かけて練り上げてきた筋書きがそのまま実現していたのですから、これほど嬉しいことはありません」。(参考記事:「地球型惑星を“食べる”白色矮星発見」 

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