隠れた伴星の周りを回る太陽のような恒星を発見
2024年8月1日
ハワイ、マウナケア – 宇宙のほとんどの星はペアになっています。太陽は単独で存在しますが、太陽のような多くの星は似たような星の周りを回っています。また、星と宇宙の球体の間の珍しいペアも宇宙に点在しています。たとえば、ブラックホールは互いの周りを回っていることがよくあります。非常にまれなペアであることが証明されているペアの 1 つは、太陽のような星と中性子星と呼ばれる一種の死んだ星の間のペアです。
現在、カリフォルニア工科大学のカリーム・エル・バドリー率いる天文学者たちは、太陽のような恒星と連星系を周回していると思われる中性子星を21個発見した。中性子星は、爆発した大質量星の燃え尽きた高密度の核である。それ自体は非常に暗く、通常は直接検出できない。太陽のような恒星よりも重いが、2つの天体は共通の質量中心の周りを相互に周回している。中性子星が周回する際、太陽のような恒星を引っ張り、伴星が空で前後に移動する。欧州宇宙機関のガイア計画を利用して、天文学者たちはこれらの特徴的な揺れを捉え、暗黒中性子星の新しい集団を明らかにすることができた。
「ガイアは継続的に空をスキャンし、10億以上の星のふらつきを測定しているので、非常に珍しい天体でも発見できる可能性は高い」と、カリフォルニア工科大学の天文学助教授で、ドイツのマックス・プランク天文学研究所の非常勤科学者でもあるエル・バドリー氏は言う。
世界中の科学者チームが参加したこの新しい研究は、The Open Journal of Astrophysicsに掲載されています。
ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台、チリのラ・シヤ天文台、アリゾナのホイップル天文台など、いくつかの地上望遠鏡からのデータは、ガイアの観測をフォローアップし、隠れた中性子星の質量と軌道についてさらに詳しく知るために使用されました。
研究者らは、ケック天文台の3つの機器、深宇宙撮像多天体分光器（DEIMOS）、エシェル分光器・撮像装置（ESI）、高解像度エシェル分光計（HIRES）を使用して、ガイアが発見した21の連星系をより詳細に研究した。
アニメーション:天文学者たちは、中性子星の周りを回っている太陽のような星を 21 個発見しました。中性子星は、以前に爆発した大質量星の重くコンパクトな残骸です。隠れた中性子星は、重力の影響だけで発見されました。中性子星は太陽のような星よりも重いですが、2 つの天体は共通の質量中心の周りを互いに回っています。中性子星が回っている間、太陽のような星を引っ張り、揺れを引き起こします。欧州宇宙機関の Gaia ミッションは、3 年間にわたって太陽のような星 (黄色の点) の軌道を観測して、この揺れを検出しました。このアニメーションでは、太陽のような星は緑色で、中性子星 (およびその軌道) は紫色です。クレジット: Caltech/Kareem El-Badry
これまでも太陽のような恒星の周りを回る中性子星が発見されてきたが、それらの系はすべてもっとコンパクトだった。2つの天体の距離がほとんどないため、中性子星（太陽のような恒星よりも重い）はパートナーから質量を奪うことができる。この質量移動プロセスにより、中性子星はX線や電波の波長で明るく輝く。対照的に、新しい研究における中性子星はパートナーからはるかに遠く、地球と太陽の距離の1～3倍程度である。
つまり、新たに発見された恒星の残骸は、物質を盗むには遠すぎるということだ。むしろ、それらは静止しており、暗い。「これらは、純粋に重力の影響によって発見された最初の中性子星です」とエル・バドリー氏は言う。
この発見は、爆発した星がどのようにして太陽のような星の隣にたどり着くのかが明らかではないため、いくぶん驚きである。
「これらの連星がどのように形成されるかについての完全なモデルはまだありません」とエル・バドリー氏は説明する。「原理的には、中性子星の起源は巨大化し、進化の最終段階で太陽型の恒星と相互作用したはずです。」
巨大な星は小さな星を揺さぶり、一時的に飲み込んだ可能性が高い。その後、中性子星の元となった星が超新星爆発を起こし、モデルによれば、連星系の束縛が解かれ、中性子星と太陽のような星が反対方向に吹き飛ばされたはずだ。
「これらの新しいシステムの発見は、モデルではまだその仕組みを完全に説明できないものの、少なくともいくつかの連星がこれらの激変のプロセスを生き延びたことを示している」と彼は言う。
ガイアは、軌道が広く周期が長い（太陽のような恒星は6か月から3年の周期で中性子星の周りを公転する）ことから、ありそうもない伴星を見つけることができた。
「天体が近すぎると、揺れは小さすぎて検出できません」とエル・バドリー氏は言う。「ガイアでは、より広い軌道に対してより敏感です。」
ガイアは比較的近くにある連星系にも最も敏感です。新しく発見されたシステムのほとんどは地球から 3,000 光年以内に位置していますが、これは例えば天の川銀河の直径 10 万光年と比較すると比較的小さな距離です。
新たな観察結果は、この組み合わせがいかに稀であるかを示唆している。
「太陽型の恒星の100万個のうち約1個が広い軌道で中性子星の周りを回っていると推定しています」と彼は語った。
エル・バドリー氏は、太陽のような恒星の軌道上にある目に見えない休眠中のブラックホールの発見にも関心を持っています。彼はガイアのデータを使用して、私たちの銀河に隠れた静かなブラックホールを 2 つ発見しました。そのうちの 1 つはガイア BH1 と呼ばれ、地球から 1,600 光年離れた、地球に最も近い既知のブラックホールです。
「これらのブラックホール連星がどのように形成されたのか、私たちもはっきりとはわかっていません」とエル・バドリー氏は言う。「連星の進化に関する私たちのモデルには明らかにギャップがあります。これらの暗黒の伴星をさらに発見し、それらの個体数の統計をさまざまなモデルの予測と比較することで、それらがどのように形成されたかを解明するのに役立つでしょう。」
デイモスについて
DEIMOS (深宇宙画像多天体分光器) は、ケック天文台の機器の中で最大の視野 (16.7 角 x 5 角) と最大のピクセル数 (64 Mpix) を誇ります。主に多天体モードで使用され、最大 130 個の銀河または星のスペクトルを同時に取得します。天文学者は DEIMOS を使用して遠方の銀河の領域を研究し、高感度で宇宙の最も遠い隅を効率的に探査します。
ESIについて
エシェレット分光器および撮像装置 (ESI) は、中解像度の可視光分光器で、1 回の露出で 0.39 から 1.1 ミクロンのスペクトルを記録します。ジョー ミラー教授率いるチームによって UCO/リック天文台で構築された ESI には、低解像度モードもあり、2 x 8 秒角の視野で画像を作成できます。アップグレードにより、5.7 x 4.0 秒角の小さな視野のあらゆる場所でスペクトルを提供できる積分フィールド ユニットが実現しました。天文学者は、弱い重力レンズ効果の宇宙論的効果の観測から、銀河系で最も金属の少ない星の探索まで、ESI のさまざまな用途を発見しました。
HIRESについて
高解像度エシェル分光計 (HIRES) は、非常に高いスペクトル解像度で単一の物体のスペクトルを生成しますが、広い波長範囲をカバーします。これは、3 つの大型 CCD 検出器のモザイクに積み重なったスペクトルの多数の「ストライプ」に光を分割することによって行われます。HIRES は太陽系外惑星の発見で有名です。天文学者はまた、遠方の銀河やクエーサーなどの重要な天体物理学的現象を研究し、ビッグバン直後の初期宇宙の構造に関する宇宙論的手がかりを見つけるために HIRES を使用しています。
WM ケック天文台について
WM ケック天文台の望遠鏡は、地球上で最も科学的成果の高い望遠鏡の 1 つです。ハワイ島のマウナケア山頂にある 2 台の 10 メートル光学/赤外線望遠鏡には、撮像装置、多天体分光器、高解像度分光器、積分視野分光計、世界をリードするレーザーガイド星補償光学システムなど、一連の高度な機器が備わっています。ここで提示されているデータの一部は、ケック天文台で取得されました。ケック天文台は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および米国航空宇宙局の科学的パートナーシップとして運営されている民間の 501(c) 3 非営利団体です。この天文台は、WM ケック財団の寛大な財政的支援によって実現しました。著者は、マウナケア山頂がネイティブ ハワイアン コミュニティ内で常に果たしてきた非常に重要な文化的役割と尊敬を認識し、認めたいと考えています。この山から観測を行う機会を得られたことは、私たちにとって非常に幸運なことです。
2024年8月1日
ハワイ、マウナケア – 宇宙のほとんどの星はペアになっています。太陽は単独で存在しますが、太陽のような多くの星は似たような星の周りを回っています。また、星と宇宙の球体の間の珍しいペアも宇宙に点在しています。たとえば、ブラックホールは互いの周りを回っていることがよくあります。非常にまれなペアであることが証明されているペアの 1 つは、太陽のような星と中性子星と呼ばれる一種の死んだ星の間のペアです。
現在、カリフォルニア工科大学のカリーム・エル・バドリー率いる天文学者たちは、太陽のような恒星と連星系を周回していると思われる中性子星を21個発見した。中性子星は、爆発した大質量星の燃え尽きた高密度の核である。それ自体は非常に暗く、通常は直接検出できない。太陽のような恒星よりも重いが、2つの天体は共通の質量中心の周りを相互に周回している。中性子星が周回する際、太陽のような恒星を引っ張り、伴星が空で前後に移動する。欧州宇宙機関のガイア計画を利用して、天文学者たちはこれらの特徴的な揺れを捉え、暗黒中性子星の新しい集団を明らかにすることができた。
「ガイアは継続的に空をスキャンし、10億以上の星のふらつきを測定しているので、非常に珍しい天体でも発見できる可能性は高い」と、カリフォルニア工科大学の天文学助教授で、ドイツのマックス・プランク天文学研究所の非常勤科学者でもあるエル・バドリー氏は言う。
世界中の科学者チームが参加したこの新しい研究は、The Open Journal of Astrophysicsに掲載されています。
ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台、チリのラ・シヤ天文台、アリゾナのホイップル天文台など、いくつかの地上望遠鏡からのデータは、ガイアの観測をフォローアップし、隠れた中性子星の質量と軌道についてさらに詳しく知るために使用されました。
研究者らは、ケック天文台の3つの機器、深宇宙撮像多天体分光器（DEIMOS）、エシェル分光器・撮像装置（ESI）、高解像度エシェル分光計（HIRES）を使用して、ガイアが発見した21の連星系をより詳細に研究した。
アニメーション:天文学者たちは、中性子星の周りを回っている太陽のような星を 21 個発見しました。中性子星は、以前に爆発した大質量星の重くコンパクトな残骸です。隠れた中性子星は、重力の影響だけで発見されました。中性子星は太陽のような星よりも重いですが、2 つの天体は共通の質量中心の周りを互いに回っています。中性子星が回っている間、太陽のような星を引っ張り、揺れを引き起こします。欧州宇宙機関の Gaia ミッションは、3 年間にわたって太陽のような星 (黄色の点) の軌道を観測して、この揺れを検出しました。このアニメーションでは、太陽のような星は緑色で、中性子星 (およびその軌道) は紫色です。クレジット: Caltech/Kareem El-Badry
これまでも太陽のような恒星の周りを回る中性子星が発見されてきたが、それらの系はすべてもっとコンパクトだった。2つの天体の距離がほとんどないため、中性子星（太陽のような恒星よりも重い）はパートナーから質量を奪うことができる。この質量移動プロセスにより、中性子星はX線や電波の波長で明るく輝く。対照的に、新しい研究における中性子星はパートナーからはるかに遠く、地球と太陽の距離の1～3倍程度である。
つまり、新たに発見された恒星の残骸は、物質を盗むには遠すぎるということだ。むしろ、それらは静止しており、暗い。「これらは、純粋に重力の影響によって発見された最初の中性子星です」とエル・バドリー氏は言う。
この発見は、爆発した星がどのようにして太陽のような星の隣にたどり着くのかが明らかではないため、いくぶん驚きである。
「これらの連星がどのように形成されるかについての完全なモデルはまだありません」とエル・バドリー氏は説明する。「原理的には、中性子星の起源は巨大化し、進化の最終段階で太陽型の恒星と相互作用したはずです。」
巨大な星は小さな星を揺さぶり、一時的に飲み込んだ可能性が高い。その後、中性子星の元となった星が超新星爆発を起こし、モデルによれば、連星系の束縛が解かれ、中性子星と太陽のような星が反対方向に吹き飛ばされたはずだ。
「これらの新しいシステムの発見は、モデルではまだその仕組みを完全に説明できないものの、少なくともいくつかの連星がこれらの激変のプロセスを生き延びたことを示している」と彼は言う。
ガイアは、軌道が広く周期が長い（太陽のような恒星は6か月から3年の周期で中性子星の周りを公転する）ことから、ありそうもない伴星を見つけることができた。
「天体が近すぎると、揺れは小さすぎて検出できません」とエル・バドリー氏は言う。「ガイアでは、より広い軌道に対してより敏感です。」
ガイアは比較的近くにある連星系にも最も敏感です。新しく発見されたシステムのほとんどは地球から 3,000 光年以内に位置していますが、これは例えば天の川銀河の直径 10 万光年と比較すると比較的小さな距離です。
新たな観察結果は、この組み合わせがいかに稀であるかを示唆している。
「太陽型の恒星の100万個のうち約1個が広い軌道で中性子星の周りを回っていると推定しています」と彼は語った。
エル・バドリー氏は、太陽のような恒星の軌道上にある目に見えない休眠中のブラックホールの発見にも関心を持っています。彼はガイアのデータを使用して、私たちの銀河に隠れた静かなブラックホールを 2 つ発見しました。そのうちの 1 つはガイア BH1 と呼ばれ、地球から 1,600 光年離れた、地球に最も近い既知のブラックホールです。
「これらのブラックホール連星がどのように形成されたのか、私たちもはっきりとはわかっていません」とエル・バドリー氏は言う。「連星の進化に関する私たちのモデルには明らかにギャップがあります。これらの暗黒の伴星をさらに発見し、それらの個体数の統計をさまざまなモデルの予測と比較することで、それらがどのように形成されたかを解明するのに役立つでしょう。」
デイモスについて
DEIMOS (深宇宙画像多天体分光器) は、ケック天文台の機器の中で最大の視野 (16.7 角 x 5 角) と最大のピクセル数 (64 Mpix) を誇ります。主に多天体モードで使用され、最大 130 個の銀河または星のスペクトルを同時に取得します。天文学者は DEIMOS を使用して遠方の銀河の領域を研究し、高感度で宇宙の最も遠い隅を効率的に探査します。
ESIについて
エシェレット分光器および撮像装置 (ESI) は、中解像度の可視光分光器で、1 回の露出で 0.39 から 1.1 ミクロンのスペクトルを記録します。ジョー ミラー教授率いるチームによって UCO/リック天文台で構築された ESI には、低解像度モードもあり、2 x 8 秒角の視野で画像を作成できます。アップグレードにより、5.7 x 4.0 秒角の小さな視野のあらゆる場所でスペクトルを提供できる積分フィールド ユニットが実現しました。天文学者は、弱い重力レンズ効果の宇宙論的効果の観測から、銀河系で最も金属の少ない星の探索まで、ESI のさまざまな用途を発見しました。
HIRESについて
高解像度エシェル分光計 (HIRES) は、非常に高いスペクトル解像度で単一の物体のスペクトルを生成しますが、広い波長範囲をカバーします。これは、3 つの大型 CCD 検出器のモザイクに積み重なったスペクトルの多数の「ストライプ」に光を分割することによって行われます。HIRES は太陽系外惑星の発見で有名です。天文学者はまた、遠方の銀河やクエーサーなどの重要な天体物理学的現象を研究し、ビッグバン直後の初期宇宙の構造に関する宇宙論的手がかりを見つけるために HIRES を使用しています。
WM ケック天文台について
WM ケック天文台の望遠鏡は、地球上で最も科学的成果の高い望遠鏡の 1 つです。ハワイ島のマウナケア山頂にある 2 台の 10 メートル光学/赤外線望遠鏡には、撮像装置、多天体分光器、高解像度分光器、積分視野分光計、世界をリードするレーザーガイド星補償光学システムなど、一連の高度な機器が備わっています。ここで提示されているデータの一部は、ケック天文台で取得されました。ケック天文台は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および米国航空宇宙局の科学的パートナーシップとして運営されている民間の 501(c) 3 非営利団体です。この天文台は、WM ケック財団の寛大な財政的支援によって実現しました。著者は、マウナケア山頂がネイティブ ハワイアン コミュニティ内で常に果たしてきた非常に重要な文化的役割と尊敬を認識し、認めたいと考えています。この山から観測を行う機会を得られたことは、私たちにとって非常に幸運なことです。
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