ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、希少なカルシウム強輝線超新星SN 2024ujを観測：ヘリウムと分子の驚きを発見
注目画像： SN 2024ujの輝線を示すJWST NIRSpecスペクトルデータの可視化；クレジット：NASA/ESA/CSA
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が、最も稀で不可解な恒星爆発の一種にその赤外線の目を向け、カルシウム強輝線過渡現象SN 2024ujに予期せぬ複雑さを明らかにした。arXivで発表された新シリーズの論文Iとして公開されたこの観測結果は、JWSTがカルシウム強輝線過渡現象（CaST）を研究した初めての事例であり、これらの現象の本質に関する重要な仮定をすでに覆している。
SN 2024ujは、NGC 3566銀河で約60メガパーセク（約1億9600万光年）の距離に発見され、ホスト銀河の中心から22.7秒角の位置にある。最も近い大規模な星形成領域から約6.6キロパーセク離れた孤立した環境であり、この孤立性はCaSTの特徴であり、すでに異常な前駆天体を示唆していた。
カルシウム強輝線過渡現象とは
カルシウム強輝線過渡現象は、星雲期（膨張するデブリが光学的に薄くなる時期）に酸素と比較して異常に強い禁止線カルシウム輝線によって定義される、稀な恒星爆発のサブクラスである。これらは暗く、急速に進化し、新星と通常の超新星の間の光度ギャップを占める。現在までに約15〜20のイベントしか分類されていない。
その稀少性は科学的な重要性と同等である。CaSTは熱核超新星パラダイムにもコア崩壊超新星パラダイムにもきれいに当てはまらず、エキゾチックな恒星死のチャネルを探る強力なプローブとなる。また、生命に不可欠な元素であるカルシウムを大量に生成する。
JWSTの主要な発見
JWSTのNIRSpec装置は、爆発から150日後のSN 2024ujを0.96〜5.1マイクロメートルの波長範囲で観測し、いくつかの初検出を明らかにした。
1.083および2.058マイクロメートルのヘリウム輝線は、多重成分構造を持つ高度に非対称な形状を示し、1秒間に1,500キロメートルの強い鋭いピークを持ち、秒速5,000キロメートルを超える速度にまで及んでいる。これは、ヘリウムが噴出物全体に分布しているが中心から外れて集中していることを示しており、大質量星のコア崩壊爆発では非常に作りにくい化学混合の程度を示唆している。
論文はまた、4.5〜5.1マイクロメートルの基本バンドで観測された、いずれのCaSTでも初めての分子一酸化炭素輝線の検出を報告している。2.5マイクロメートルを超える上昇連続スペクトルと、MIRIによる10マイクロメートルの検出が組み合わさり、噴出物内でのダスト形成の証拠を提供している。
熱核起源
研究者らは、観測データを2つの競合モデル（コア崩壊を起こす大質量剥離ヘリウム星と、白色矮星の熱核爆発）と比較した。結果は決定的だった。
コア崩壊モデルでカルシウム存在量をヘリウム質量の1％に人為的に増加させても、生成されるカルシウム輝線は爆発17日後の観測に一致するにはあまりにも弱すぎた。対照的に、熱核白色矮星モデルはこれらの初期に自然に強いカルシウム輝線を生成した。1秒間に1,500キロメートルの狭いヘリウムピークは、連星系白色矮星の伴星から剥ぎ取られた物質を追跡している可能性があり、これは一部のIa型超新星で見られるシグネチャーである。
証拠は、少なくとも1つの低質量で部分的にヘリウムに富む白色矮星を含む熱核爆発を強く示している。論文の結論：SN 2024ujはそのようなデトネーションの結果である可能性が高く、低噴出物質量（0.61太陽質量）、低ニッケル56質量（0.0136太陽質量）、および低運動エネルギーを持つ。
より広範な影響
この発見は、カルシウム強輝線過渡現象が不均一な集団であり、一部のイベントはコア崩壊に起因し、他のイベント（SN 2024ujなど）は熱核白色矮星合体に起因することを示唆している。JWSTの赤外線分光法は新たな診断の窓を開いた。ヘリウム輝線プロファイル、分子CO、ダスト輝線が、これらのエキゾチックな爆発を理解するためのツールとして利用可能になった。
CaST噴出物中のダスト形成の検出は、これらの稀なイベントが宇宙塵のインベントリに貢献する可能性を示唆し、一方、分子COの検出は、新星と超新星の間のギャップを埋める環境での分子形成研究への扉を開く。
この論文は、CaSTに関するJWSTを用いた計画的研究シリーズの第1弾として、arXiv（ID：2607.00111）で公開されている。
出典
Khan, R. et al. “JWST Observations of the Calcium-Strong Transient SN 2024uj.” arXiv:2607.00111 (2026).
雅子 訳