このふわふわのボールには宇宙の物語が詰まっている

1 万年以上前、銀河系内の星が爆発しました。この爆発による光が地球に届いたのは 1572 年になってからで、天文学者のティコ・ブラーエが夜空に輝く爆発を見て、新しい星が誕生したと勘違いしました。現在では、このフレアは白色矮星が超新星爆発を起こした際に発生したものだとわかっています。超新星爆発とは、星が死ぬときに放出するエネルギーと物質の激しい爆発波のことです。約 500 年経った今でも、この爆発の痕跡は今でも見ることができます。しかも、とてもふわふわしています。

先週、NASA はティコの超新星残骸 (「ティコ」とも呼ばれる) の最新画像を公開しました。チャンドラ X 線観測衛星によって撮影されたこの写真は、乳白色のタンポポのように見えます。

「この画像を見ると、まるで綿菓子のように見えます」と、超新星残骸の最新写真の撮影に協力したNASAの天文学者ブライアン・ウィリアムズは言う。科学者たちは、これらの宇宙の花火を使って超新星の理論を理解し、検証している。現在、天文学者たちは超新星がどのように形成されるか、また爆発がどのように進行するかについて、ほとんど何もわかっていないとウィリアムズは付け加える。さらに、爆発の「ふわふわ」や「塊状」と表現される特徴的な形状を生み出すメカニズムを理解することは、特に困惑させられる。

ティコはタイプ 1a 超新星に分類されており、大規模な熱核爆発を起こし、秒速約 3,100 マイルの衝撃波を放出しました。衝撃波は近くのガスと塵に当たり、空気と粒子を数百万度加熱しました。人間の目にはこの現象は捉えられませんが、X 線写真ではその活動が明るく輝いています (X 線は可視光よりもエネルギーが高く、ブラックホール、銀河団、超新星などの非常に高温の物体から発生する傾向があります)。

ティコのこの画像は「視覚的に印象的で、科学的にも意味がある」と、データを使って超新星の3D視覚化を構築する物理学者のジル・フェラン氏は言う。「ティコの画像を入手したのはこれが初めてではない。しかし、この画像には興味深い新しいものがある。」

その「新しい」ものというのは、写真の中央にある青と赤です。写真に写っているほとんどの色、つまり赤、黄、シアン、紺、紫、オレンジは、X線望遠鏡で見たときの異なるエネルギーレベルを表しています（赤と黄色が最も低く、オレンジと紫が最も高い）。ティコのこの新しい写真では、科学者たちは特定の元素、シリコンを分離して視覚化することもできました。中央の青い塊は私たちに向かって動いているシリコンを表し、赤い塊は私たちから遠ざかっているシリコンを表しています。

科学者たちは、ティコ残骸がどのようにしてこれらのふわふわした球体を形成したかについて、2つの説明を考えています。1つは、爆発はもともと丸くて滑らかだったが、それが拡大するにつれて、流体の不安定性（宇宙の粒子と爆発の物質の間）が、それらのいびつな塊の原因になったというものです。2つめの可能性は、最初から塊状だったというものです。そのシナリオでは、死にゆく星は1回だけの大爆発ではなく、何度も大爆発を起こしたことになります。最初のモデルでは、白色矮星は核爆弾のようなもので、2つめでは、何百万本ものダイナマイトのようなものになります。

ウィリアムズ氏が「複雑な画像分析技術」と呼ぶ技術を使って、科学者たちは画像内の塊や穴の数を調べた（どこに現れ、どこに現れず、どれくらいの大きさかを調べる）。このすべてのデータから、科学者たちはこれらの塊の数学的地図を作成することができた。天文学者たちがその地図を超新星のシミュレーションと比較したところ、2番目の選択肢、つまり何百万本ものダイナマイトが同時に爆発する可能性が高いことがわかった。

これらの塊には鉄やシリコンなどの重元素が豊富に含まれています。これは、科学者が宇宙の形成について知っていることに基づいて納得できます。当初、宇宙は水素やヘリウムなどの単純な軽元素のみで構成されていました。ほとんどの重元素は星の内部で形成され、これらの超新星爆発中に合成されました。また、爆発により重元素は銀河全体に飛び散りました。次の世代の星が形成されるとき、それらはこの物質から形成されます。

「『私たちはみんな星の塵でできている』という有名な格言を聞いたことがありますか？」とウィリアムズは言う。「まさにここで見ているのがそれです。」