死んだ星「白色矮星」の中に、外層でまだ核融合を続ける星がいた

『ナゾロジー』より

白色矮星は太陽を含め宇宙の星の98%がたどることになる、人生最後の姿です。

それはもはや自らエネルギーを生成することはなく、ただ冷えて輝きが失われるのを待つだけだと考えられています。

しかし、ボローニャ大学（Università di Bologna）とイタリア国立天体物理学研究所（INAF）は、外層で水素の核融合を続けるタイプの白色矮星が存在することを発見したと報告しています。

これは比較的単純に考えられていた白色矮星の年齢と温度の関係に狂いを生じさせるため、天の川銀河の星の年齢を測定する方法にも影響を与える可能性があります。

研究の詳細は、9月6日付で科学雑誌『Nature Astronomy』に掲載されています。

目次
死んで冷えていくだけの星「白色矮星」
双子の球状星団の異なる白色矮星

死んで冷えていくだけの星「白色矮星」

（画像＝恒星の一生を示した図。赤枠が白色矮星と黒色矮星。 / Credit:Wikipedia、『ナゾロジー』より引用）

宇宙に存在する星は、その重さによって異なる運命をたどることになります。

非常に重たい星は、最終的に自重によってコアが崩壊し超新星爆発を起こして中性子星かブラックホールになります。

一方、太陽の半分に満たない質量しかない軽い星は、非常にゆっくりと核融合を行うためとんでもなく長寿命です。

現在の宇宙の年齢（138億年）よりはるかに長い数千億～数兆年の寿命を持つため、人類がこの星の死を見ることはないでしょう。

そして私たちの太陽の0.5倍～8倍程度までの質量を持つ星は、100億年程度の寿命を持ち、最後は核融合の燃料を使い果たして白色矮星に変わります。

白色矮星は燃え尽きてコアだけが残った星で、外層を失って地球ほどのサイズになってしまいます。

（画像＝太陽のような星は死ぬと地球サイズのコアだけが残り予熱で輝く白色矮星になる / Credit:ESA/NASA、『ナゾロジー』より引用）

白色矮星は予熱で輝くだけの既に死んだ星であり、あとはただゆっくりと冷えて輝きが失われるのを待つだけです。

宇宙に存在する恒星の約98%はこのカテゴリーに含まれます。

完全に冷えると、この星は黒色矮星という熱も輝きも失った天体になると考えられていますが、白色矮星が完全に冷えて黒色矮星になるには気が遠くなるほどの時間がかかると予想されています。

おそらく現在の宇宙の年齢よりも長い時間がかかるため、黒色矮星という天体は、現在まだこの宇宙には存在していません。あくまで仮説上の天体です。

（画像＝白色矮星は最終的に完全に冷えて黒色矮星に変わると予想されているがそれには宇宙の年齢よりも長い時間がかかる / Credit:NASA/JPL-Caltech、『ナゾロジー』より引用）

白色矮星は特に活動を行うことはなく、比較的単純な冷却プロセスに従ってゆっくりと温度を下げていくだけだと考えられています。

そのため、白色矮星の冷却段階を正しく理解できれば、星の年齢を推定して宇宙の時計として利用できるでしょう。

今回の研究チームも、白色矮星の進化（冷却プロセス）に関する理論を構築するために調査を行っていました。

ここで彼らの行った調査とは、よく似た2つの球状星団を比較するというものでした。

双子の球状星団の異なる白色矮星

（画像＝年齢や金属量など多くの物理特性を共有する2つの球状星団M3とM13 / Credit:ESA/Hubble & NASA, G. Piotto et al.; CC BY 4.0、『ナゾロジー』より引用）

今回の研究は、大規模な星のクラスターである2つの球状星団で冷却される白色矮星を比べてみるという観測を行いました。

観測対象とされたのは、「M3」と「M13」という2つの球状星団です。

これは年齢や金属量などの値が近い双子のような特性をもっていますが、最終的に白色矮星を生み出す星の数には違いがありました。

M13では青く輝くより熱い星の集団が多いことが示されていて、これによって両者を比較すると、さまざまな星の集団における白色矮星の冷却プロセスを知ることができるのです。

観測では、M3が単に恒星の核を冷却している標準的な白色矮星を含んでいることがわかりました。

ところが一方のM13には、白色矮星の2つの集団が含まれていました。

標準的な白色矮星と、水素の外層を保持していて、冷却が予想より非常に遅い白色矮星です。

こうした違いがどこから生まれるのか、研究者たちはコンピュータシミュレーションによって比較を行いました。

すると、M13の白色矮星の約70%が表面で水素の核融合を起こしており、それによって冷却速度が予想より遅くなっているという結果が示されたのです。

白色矮星は、これまでただゆっくりと冷えていくだけで活動はない死んだ星だと考えられていました。

しかし、表面でまだ核融合を起こし、そのために冷却速度に変化が起きるとなると、これまでのような単純な冷却プロセスによる年齢測定は通用しない可能性が出てきます。

これは今後の星の年齢測定にも影響を与える可能性のある発見です。

研究者は今回の発見によって、水素を外層で核融合させる白色矮星は、年齢の推定値に10億年近くズレを生んでしまう可能性があると話しています。

興味深い事実とはいえ、天文学者にはちょっと困った新しい発見かもしれません。

けれど、死んだと思っていた星が活動しているという話は、少し明るい話題にも感じますね。

参考文献

Alcune stelle nascondono un segreto per invecchiare più lentamente

Hubble discovers hydrogen-burning white dwarfs enjoying slow ageing

New Discovery on White Dwarf Deaths Could Help Predict The End on The Universe

元論文

Slowly cooling white dwarfs in M13 from stable hydrogen burning

提供元・ナゾロジー