「アクシデント」偶然発見された130億年前の謎の褐色矮星の映像

「アクシデント」偶然の発見された130億年前の謎の褐色矮星の映像 天文・宇宙
©IPAC/Caltech

褐色矮星は、星でもなく惑星でもないが、これまで科学者たちが考えていたよりも多くの褐色矮星が銀河系内に潜んでいる可能性を示唆する新しい研究結果が発表されました。

アクシデントと呼ばれる特異な宇宙物体

広視野赤外線サーベイ(WISE)で撮影された全天のモザイク画像。

広視野赤外線サーベイ(WISE)で撮影された全天のモザイク画像。赤外線とは、人間の目で見える波長よりも長い波長の光のこと。星が生まれるガスや塵の雲、褐色矮星など、多くの宇宙の天体が赤外線を放射している。©NASA/JPL-Caltech/UCLA

「WISEA J153429.75-104303.3」と呼ばれる特異な宇宙物体(「アクシデント」と呼ばれている)がどのようにして生まれたのかについて、新しい研究が興味深い説明をしています。「アクシデント」は褐色矮星1褐色矮星 とは、その質量が木星型惑星より大きく、赤色矮星より小さな超低質量天体の分類である。軽水素 の核融合を起こすには質量が小さすぎるために恒星になることができない亜恒星天体の分類の一つである。であす。褐色矮星は星のような形をしていますが、星が輝く原因である核融合を起こすほどの質量はありません。褐色矮星は、時に特徴がつかめないこともありますが、天文学者はその大まかな特徴をよく把握しています。

しかし、この褐色矮星を発見するまでは、その特徴をよく理解していました。

「アクシデント」という名前は、偶然発見されたことに由来します。これまでに銀河系内で発見された2,000個以上の褐色矮星のどれとも似ていないため、通常の探索では見つからなかったのです。

「アクシデント」と呼ばれる褐色矮星

画面の左下に暗い点が動いているのがわかるだろうか?これは「アクシデント」と呼ばれる褐色矮星で、市民科学者のダン・キャセルデンによって発見されました。これまで知られていた褐色矮星とは似ても似つかないため、一般的な探索ではヒットしませんでした。©NASA/JPL-Caltech/Dan Caselden

褐色矮星は、年をとると冷えて、光の波長による明るさが変わります。金属を熱して冷やすと、真っ白から真っ赤になるのと似ています。このアクシデントは、ある波長では暗く、非常に冷たい(古い)ことを示していましたが、他の波長では明るく、温度が高いことを示していたため、科学者たちを混乱させました。

カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学IPACの天体物理学者、ダビー・カークパトリック氏は、「この天体は私たちの予想を覆しました」と語ります。同氏と共著者たちは、アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載された新しい研究で、「アクシデント」は100億年から130億年前のものである可能性があるとしています。これは、既知の他の褐色矮星の年齢の中央値の少なくとも2倍にあたります。これは、私たちの銀河系がはるかに若く、異なる化学組成を持っていた頃に形成されたことを意味します。もしそうだとすれば、このような古い褐色矮星は、銀河系の周辺にもっとたくさん潜んでいる可能性があります。

奇妙な性質をした「アクシデント」

このアクシデントを最初に発見したのは、南カリフォルニアにあるNASAジェット推進研究所がWISEという名前で2009年に打ち上げた、NASAのNEOWISE2NEOWISEはNear-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorerの略。地球近傍の小惑星を調査し、既知のほぼすべての小惑星のラジオメトリックな直径とアルベドを算出する。NEOWISEは、他の赤外線観測所とは異なり、常に1つのターゲットではなく全天を撮影する。
です。褐色矮星は比較的低温の天体であるため、人間の目で見ることのできる波長よりも長い赤外線を主に放射しています。

褐色矮星は、恒星や惑星と共通する特徴があります

褐色矮星は、恒星や惑星と共通する特徴があります。一般的に、褐色矮星は恒星よりも質量が小さく、惑星よりも質量が大きい。褐色矮星は、その中心部の圧力が高くなり、星が輝く原因となる核融合が始まると、星になる。©NASA/JPL-Caltech

「アクシデント」は、非常に冷たいという説と、もっと暖かいという説があり、一見矛盾した性質を持っています。そこで、ハワイにあるW.M.ケック天文台の地上望遠鏡を使って、さらに赤外線で観測しました。しかし、この褐色矮星は、その波長では非常に暗く見え、まったく検出できませんでした。

次に、「アクシデント」が地球から予想以上に離れているために暗くなっているのではないかと考えてみました。しかし、NASAのハッブル宇宙望遠鏡3ハッブル宇宙望遠鏡は、グレートオブザバトリー計画の一環として1990年に打ち上げられた、地上約600km上空の軌道上を周回する宇宙望遠鏡である。とスピッツァー宇宙望遠鏡4スピッツァー宇宙望遠鏡は、アメリカ航空宇宙局 が2003年8月にデルタロケットにより打ち上げた赤外線宇宙望遠鏡である。2020年1月までの16年間に渡り運用された。が正確な距離を測定した結果、そうではありませんでした。ハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡による精密な距離測定の結果、地球から約50光年の距離にあるこの天体は、時速50万マイル(時速80万キロ)という高速で移動していることがわかったのです。これは、地球からこの距離にある他の褐色矮星よりもはるかに速く、おそらく長い間、銀河系内で巨大な天体に遭遇し、その重力で加速されてきたことを意味しています。

「アクシデント」が非常に古い天体であることを示す証拠は数多くありますが、研究者たちは、「アクシデント」の奇妙な性質は決して奇妙なものではなく、それが「アクシデント」の年齢を知る手がかりになるかもしれないと提案しています。

約136億年前に形成された天の川銀河は、ほとんどが水素とヘリウムで構成されていました。炭素などの他の元素は星の中で形成され、最も重い星が超新星爆発を起こしたときに、銀河中に散らばったのです。

アクシデントのような温度の褐色矮星では、水素と炭素からなるメタンが多く見られます。しかし、「アクシデント」の光の分布を見ると、メタンはほとんど含まれていないようです。メタンは他の分子と同様に特定の波長の光を吸収するため、メタンを多く含む褐色矮星はその波長の光が弱くなります。一方、「アクシデント」はその波長が明るく、メタンが少ないことを示していると考えられます。

このように、「アクシデント」の光のプロファイルは、銀河がまだ炭素の少ない時代に形成された、非常に古い褐色矮星の光のプロファイルと一致する可能性があります。

カリフォルニア工科大学IPACの天体物理学者で、ケック望遠鏡とハッブル望遠鏡を用いた今回の観測を主導したフェデリコ・マロッコ氏は、「これほど古い褐色矮星が存在することは予想されていましたが、非常に稀な存在であることも予想されていました。今回、太陽系の近くで褐色矮星が見つかったのは、幸運な偶然かもしれませんし、私たちが考えていた以上に、褐色矮星が存在していることを物語っています」。

幸運な偶然

宇宙空間にある薄暗く冷たい褐色矮星のイメージ図。

宇宙空間にある薄暗く冷たい褐色矮星のイメージ図。褐色矮星は星のような形をしているが、星が燃える原因である核融合を起こすのに十分な質量を持っていない。そのため、木星のような大質量の惑星と物理的な特徴を共有している。©IPAC/Caltech

「アクシデント」のような古代の褐色矮星をもっと見つけるためには、もし存在するのであれば、研究者は天体の探し方を変えなければならないかもしれません。

このアクシデントを発見したのは、市民科学者のダン・キャセルデン氏です。彼は、NEOWISEのデータから褐色矮星を見つけるために自分で作ったオンラインプログラムを使っていました。空には赤外線を放射する天体がたくさんありますが、これらの天体は地球から遠く離れているため、通常は空に固定されているように見えます。しかし、褐色矮星は非常に暗いため、比較的地球に近いところでしか見ることができず、数ヶ月から数年かけて空を移動していく様子を観察することができます。(NEOWISEは半年に1回程度の頻度で全天を観測しています)。)

今回のプログラムでは、NEOWISEの地図から遠方の星のような静止した赤外線天体を取り除き、既知の褐色矮星に似た特徴を持つ移動天体を強調することを試みました。褐色矮星の候補の一つを見ていた時に、画面上を素早く移動するもっと暗い天体を発見した。これはWISEA J153429.75-104303.3で、プログラムの褐色矮星のプロファイルに合わないため、ハイライトされていなかった。それを偶然発見したのだ。

「今回の発見は、褐色矮星の組成がこれまで見てきたものよりも多様であることを示しています。「この発見は、これまで見てきた褐色矮星の組成よりもさらに多様性があることを示しています。

ミッションの詳細

NEOWISE

2009年に打ち上げられたWISE探査機は、2011年に主要なミッションを終えて冬眠状態に入りました。2013年9月、NASAは地球近傍天体(NEO)の探査を主目的としてWISEを再稼働させ、ミッションと探査機の名称を「NEOWISE」に変更しました。カリフォルニア工科大学の一部門であるJPLが、NASAの科学ミッション本部(SMD)のためにWISEを管理・運用した。このミッションは、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターが管理するエクスプローラープログラムの下で競争的に選ばれました。NEOWISEは、カリフォルニア工科大学の一部門であるJPLとアリゾナ大学のプロジェクトであり、NASAの惑星防衛調整局の支援を受けています。

JPL

JPLは、2020年に探査機が退役するまで、NASAのSMDのためにスピッツァーのミッション運用を管理していました。科学運用は、カリフォルニア工科大学のIPACにあるスピッツァー科学センターで行われました。探査機の運用は、コロラド州リトルトンのロッキード・マーチン・スペースで行われました。スピッツァーのデータアーカイブは、カリフォルニア工科大学のIPACにある赤外線科学アーカイブに保管されています。

ハッブル宇宙望遠鏡

ハッブル宇宙望遠鏡は、NASAとESA(欧州宇宙機関)の国際協力によるプロジェクトです。NASAのゴダード宇宙飛行センター(メリーランド州グリーンベルト)が望遠鏡を管理しています。また、メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所(STScI)がハッブルの科学運用を行っています。STScIは、ワシントンにある天文学研究のための大学協会がNASAのために運営しています。

Source:NASA

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