宇宙の大質量星のほとんどは、ペアまたは三重星として生まれる。互いに軌道を周回し、物質を交換し、やがて爆発する。論理的には、連星超新星は一般的であるはずだ。しかしこれまで、両方の星が超新星として爆発した兄弟星のペアを発見した者は誰もいなかった。
理由は単純だ。最初の爆発は非常に明るく、周囲のすべてを覆い隠してしまう。その拡大する破片の殻は、数千年にわたってその領域の空を支配する。その隣にある、より暗い第二の残骸を見つけるには、輝きに隠れたものを検出できるほど感度の高い機器が必要となる。
スタンフォード大学のMiltiadis Michailidisが率いるチームは、フェルミガンマ線宇宙望遠鏡からの16年間のデータを用いて、ついにそれを発見した。ネイチャー・コミュニケーションズに掲載されたこの発見は、最初の連星モデルが開発されて以来、天文学者を悩ませてきた謎を解決するものである。
同じ恒星のゆりかごでの二度の爆発
標的はIC 443、通称クラゲ星雲、約5,000光年離れた場所にある、よく研究された超新星残骸である。その隣では、eROSITAによる以前のX線観測で、摂氏800万度以上に加熱されたプラズマのより暗い殻が検出されていた。G189.6+3.3と指定されたこの第二の殻は、超新星残骸の熱的兆候を示していたが、確認に必要な電波信号を欠いていた。
Michailidisと彼のチームは、フェルミのガンマ線データセットを分析し、第二の爆発を確認する高エネルギー放射を探した。彼らはX線の殻をなぞる複雑なガンマ線の輝きを発見したが、ひねりがあった。殻の北部は、高密度の水素雲と相互作用する加速陽子からのガンマ線を放出し、残りの部分は加速電子からのガンマ線を放出していた。この二重のメカニズムは、同じ水素領域とのクラゲ星雲の既知の相互作用と一致し、二つの残骸が投影上の偶然ではなく、物理的に隣接していることを確認した。
コンピューターシミュレーションによって、推定される順序が再現された。二つの大質量星が互いに周回していた。最初の星が爆発し、生き残った星を弾き飛ばした。二番目の星は十分に遠くへ移動し、爆発した際にその破片が最初の残骸と融合しなかった。二つの爆発は、数千から数万年の間隔で発生した、宇宙のスケールでは瞬きにも等しい。
星の暴力への新たな窓
この発見は、天文学者にこれまで得たことのないものを与える。同じ連星系からの二つの超新星間のタイミングと距離の直接測定である。これにより、理論モデルだけに頼るのではなく、超新星のエネルギーが周囲の媒質をどのように伝播するかの初めての経験的計算が可能となる。
カーディフ大学のMikako Matsuura（この研究には関与していない）は、二つのイベントのタイミングを「かなり短い天文学的タイムスケール」と評した、両方の星が爆発したときに同じガス雲がまだ存在していたほどに近い間隔である。
チームは、同じガンマ線技術を用いて既知の超新星の輝きを剥がし、隠れたパートナーを探すことで、さらに多くの連星超新星残骸を探索する計画である。
雅子 訳