私たちの銀河系で次の超新星が発生するのはいつですか? | | 化学

あなたが 17 世紀初頭の天文学者だと想像してみてください。 望遠鏡はまだ発明されていないので、肉眼だけで夜空をスキャンします。 そしてある日、あなたは驚くべき光景を目の当たりにします。明るい新しい星が現れ、次の数週間は惑星金星さえも凌駕します。 真っ昼間でも見えるくらい明るいです。 それは何ヶ月も空にとどまり、時間の経過とともに徐々に暗くなります。

これは、ドイツの天文学者ヨハネス・ケプラーが 1604 年に見たものです。 ヨーロッパ、中東、アジアのスカイウォッチャーもそれを見ました。 それは実際には新しい星ではなく、超新星爆発であることがわかっています。

1604 年のイベントは、天の川銀河内で超新星が出現した最後のイベントでした。 または、少なくとも、観測されたことが知られている最後のもの。 その間に他の近くの超新星があった可能性がありますが、介在するガスと塵によって隠されている可能性があります. 天文学者は、大昔の超新星の残骸を見ることもできます。 カニ星雲、その光は 1054 年に初めて地球に到達しました。近年のケプラーの超新星に次ぐ最高のものは、1987 年に (そして 1987A と指定された) 天の川の小さな伴銀河である大マゼラン雲で目撃された超新星でした。 天文学者は、他の銀河でも多くの超新星を記録しています。 これらは望遠鏡で見ることができますが、ケプラーの時代のスカイウォッチャーは完全に見逃していたでしょう。

つまり、私たちの銀河系で星が爆発するのを見てから 418 年という長い間待っていたということです。 では、近くに明るい超新星が来るのは遅れているのでしょうか?

「ビールを飲みながら、これは私のお気に入りのトピックの 1 つです」と、アーバナ シャンペーンにあるイリノイ大学の天文学者、ブライアン フィールズは言います。 天文学者は、私たちの銀河系では毎世紀、平均して 1 個から 3 個の星が爆発するはずだと見積もっています。 したがって、4 世紀のギャップは、予想を少し超えるものです。 「統計的には、期限が過ぎているとは言えませんが、非公式に言えば、私たちは皆、期限が過ぎていると言っています」とフィールズは言います。

今日の天文学者は、次の超新星に対して、ケプラーよりもはるかに優れた準備を整えています。 今日の科学者は、可視光を記録する望遠鏡を装備しています。 これらの装置は、超新星に近づいて自分の目で見ることができれば、超新星がどのように見えるかを示します。 しかし、赤外光を記録できる望遠鏡もあります。その色は、可視スペクトルの赤色端を超えています。 赤外光は波長が長いため、可視光よりもガスや塵を通過しやすく、従来の望遠鏡では見えない可能性のあるターゲットを明らかにします。 たとえば、ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、主に赤外線で記録します。 可視光と赤外光はどちらも「電磁スペクトル」の一部ですが、超新星はニュートリノと呼ばれる亜原子粒子の形で別の種類の放射線も放出します。 同様に、天文学者は現在、星の爆発によって解放されると考えられている重力波として知られる時空の構造の微妙な波紋を記録できる検出器を持っています。

コーネル大学の天文学者であるレイ・ジャヤワルダナは、「今の本当の期待は、超新星爆発から電磁波、重力波、ニュートリノの 3 つが発生することです」と述べています。 「それは、信じられないほど豊富な情報と洞察の源になるでしょう。」

科学者たちは、2 つの異なるタイプの超新星について説明しています。 タイプ I の超新星では、暴走する核反応が発火するまで、白色矮星が伴星から物質を引き離します。 白色矮星は吹き飛ばされ、破片が宇宙を駆け巡ります。 ケプラーのものはタイプ I でした。コア崩壊超新星とも呼ばれるタイプ II 超新星では、星は核燃料の供給を使い果たし、自身の重力で崩壊します。 その後、崩壊が「跳ね返り」、爆発を引き起こします。

どちらのタイプの超新星も非常に明るく、短時間 銀河全体を凌駕する. しかし、タイプ II の超新星は、光だけでなく膨大な数のニュートリノも放出するため、特に興味深いものです。 実際、ニュートリノの放出は、爆発自体の少し前に始まる可能性があると、デューク大学の天文学者であるケイト・ショルバーグは説明しています。

「星が十分に近くにあれば、コア崩壊が実際に起こる前に、これらの初期の超新星前ニュートリノのいくつかを実際に観測できるかもしれません」と Scholberg は言います。 たとえば、赤色巨星ベテルギウスが超新星爆発を起こした場合、ニュートリノ検出器は、爆発自体が見えるようになる数時間または数日前に信号を検出する可能性が高いと彼女は言います。 （ベテルギウスは近年明るさが変動しており、一部の天文学者は爆発寸前であると示唆していましたが、 最近の研究 減光は、ちりの雲または星の表面での黒点活動のいずれかによって引き起こされたことを示唆しています。 それにもかかわらず、巨星は今後10万年以内に爆発すると予想されている.)

銀河系の超新星からのニュートリノが地球に到達すると、天文学者はニュートリノ検出器の配列によって送信される自動アラートを受信します。 超新星早期警報システム、またはSNEWS。 Scholberg は、2000 年代初頭に SNEWS の最初のバージョンの開発を支援しました。 今日、天文学者は「SNEWS 2.0」を立ち上げています。これは、前任者と同じ機能を果たしますが、三角測量機能が向上しています。このネットワークは、6 つの異なる国と南極大陸にある 7 つの異なる検出器からのデータを使用して、超新星のおおよその方向を決定します。空、光学機器が近くで見ることができるように。

1987A が爆破したとき、ニュートリノ科学はまだ始まったばかりでした。それでも、当時稼働していた 3 つの検出器によって 20 個のニュートリノが記録されました。 現在、超新星が銀河系内で爆発すると、検出器のグローバル ネットワークが数百または数千のニュートリノを記録します。

ある特定のケースでは、特に挑発的な信号が生成される可能性があります。崩壊する星が十分に重い場合、ブラック ホールが形成される可能性があります。 そのシナリオでは、「ニュートリノフラックスは非常に急速にオフになります。 ブラックホールが形成されたことを示すこの非常に鋭いカットオフが実際に見られるので、それは本当に素晴らしいことです。」 その後、天文学者は既知の星のカタログを調べて、どの星が行方不明になったかを確認できました。 「空白の星が見えた場合、それは新たに形成されたブラック ホールの場所である可能性があります」と Scholberg 氏は言います。

三連単を完了することは、銀河の超新星からの重力波の検出に成功することです。 1 世紀以上前にアインシュタインによって予測された重力波は、巨大な物体が加速されるたびに作成される時空の歪みです。 それらは2015年に初めて検出されました。これまでに記録された重力波は、ブラックホールや中性子星などの大質量天体の合体によって放出されました。 しかし、最終的に私たちの銀河系で超新星が発生すると、それも検出できるはずです。 重力波は超新星の中心部から発せられるため、「星が実際にどのように爆発するかについての情報が得られます。これは、これまで天文学界が把握できていなかったものです」と、ペンシルバニア州立大学の天体物理学者である David Radice は述べています。 天文学者は何十年もの間、コンピュータ シミュレーションを使用して超新星爆発をモデル化してきましたが、詳細の多くはまだよくわかっていません。 重力波からのデータは、プロセスを解明するのに役立つ可能性がある、と Radice は言う。

近くの超新星は地球上の生命に脅威を与える可能性がありますか? はい、理論上は可能ですが、爆発は非常に近い場所にある必要があり、現時点では爆発の危険にさらされている近くの星はありません. 近くの超新星からの放射線の爆発は壊滅的なので、これは良いことです. 超新星は何週間にもわたって紫外線、X線、ガンマ線を放出し、それらは必ずしも地上に到達するわけではありませんが、それでも地球の保護オゾン層に大混乱をもたらすでしょう、とフィールズは説明します. 「ですから、私たちがハルクになることはありませんが、成層圏からオゾン層が剥ぎ取られることになります」と彼は言います。 オゾン層がなければ、地球は太陽からの致命的な紫外線であふれかえっていたでしょう。 これは海の植物プランクトンを一掃する可能性があり、その影響は食物連鎖を上っていき、大量絶滅につながる可能性がある、とフィールズは言う.

このような出来事は、地球の歴史の中で起こった可能性があります。 フィールドと彼の同僚は、 主張した 約 3 億 6000 万年前のデボン紀の終わりに起きた大量絶滅は、超新星によって引き起こされた可能性があることを指摘しています。彼らは、その時代の岩石には、あたかも紫外線によって吹き飛ばされたかのように、日焼けしたように見える植物の胞子が含まれていることに注目しています。

しかし、超新星は破壊するだけではありません。 彼らはまた作成します。 天文学者や物理学者は、私たちが依存している重元素の多く、つまり私たちが呼吸する酸素、骨のカルシウム、血液の鉄などは、爆発する星の奥深くで展開し、宇宙全体に広がる核反応に由来すると指摘しています。彼らが生み出す爆風に感謝します。 カール・セーガンが有名に言ったように、「私たちはスターでできています。」 これは、フィールズのような天文学者にとって、超新星が天からの究極の贈り物であることを意味します。 「生きているうちに銀河系の超新星があればいいのにと思います」と彼は言います。