ベテルギウスの減光の謎がついに解明

2019年12月、天文学者たちはオリオン座の明るい赤い星、ベテルギウスの光が奇妙かつ劇的に暗くなっていることに気づきました。彼らはこの現象に困惑し、ベテルギウスが超新星爆発を起こす兆候なのではないかと考えました。数ヶ月後、彼らは最も可能性の高い説明を2つに絞り込みました。1つは、ベテルギウスの南面に短期間の冷たい部分（太陽の黒点に似ている）が生じたか、もう1つは、地球上の観測者からベテルギウスが暗く見える原因は塵の塊にあるというものです。ネイチャー誌に掲載された新しい論文によると、私たちは今、その答えを見つけました。塵が主原因ですが、冷点の一時的な出現とも関連しています。

Arsのジョン・ティマーが昨年報じたように、ベテルギウスは地球に最も近い大質量星の一つで、約700光年離れています。鈍い赤色に輝きながら膨張する段階に達した古い星で、高温の核は外層にわずかな重力を及ぼすだけです。この星は心臓の鼓動に似ていますが、非常に遅く不規則です。時間の経過とともに、表面が膨張し、収縮する周期を繰り返します。

これらの周期のうちの1つは比較的規則的で、完了までに5年強かかります。それに加えて、より短く不規則な周期があり、完了までに1年未満から1年半かかります。地上の望遠鏡で簡単に追跡できますが、これらの変化は、減光現象中に見られるような星の光の劇的な変化を引き起こすことはありません。

2019年後半、ベテルギウスは肉眼で確認できるほど暗くなりました。その後も暗くなり続け、2月中旬には明るさが35%減少しましたが、2020年4月に再び明るくなりました。

巨大星に向けられた望遠鏡は、ベテルギウスの減光が均一で整然とした減少ではなく、不均一に分布していることを突き止めました。そのため、地球から見ると、ベテルギウスは奇妙な、押しつぶされたような形をしています。このことは、この巨大星に何が起こっているのかについて多くの疑問を投げかけ、一部の専門家は、ベテルギウスの大きさと年齢を考えると、この奇妙な現象は超新星爆発の兆候ではないかと推測しています。

2020年半ばまでに、天文学者たちの見解は変わりました。国際観測チームが偶然にもハッブル宇宙望遠鏡をベテルギウスの減光現象の前、最中、そして後に向けていたのです。この紫外線データと、タイムリーな地上観測を組み合わせることで、ベテルギウスの近くに塵の雲を形成した大きなガス噴出が、ベテルギウスの暗さの原因となった可能性があることが示唆されました。

「ハッブル宇宙望遠鏡のおかげで、塵が形成されて星が暗くなる前に、物質が星の表面から離れて大気圏を抜けていく様子を観測することができました」と、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの天文学者で、これらの観測を行ったアンドレア・デュプリー氏は述べた。彼女は今回の論文の共著者でもある。

昨年の発見は、ベテルギウスが暗くなり始める直前に、光球と呼ばれる恒星の外層が不均一に外側へ加速し始めていたことを示しました。ピーク時には光球は秒速約7キロメートルで移動していましたが、星の暗化が劇的に進むにつれて、外側への押し出しが逆転しました。

デュプリー氏とその同僚は、恒星が通常の周期で膨張する過程で、恒星内部から表面へと移動してきた対流細胞によって、表面の一部がはるかに急速に加速したのではないかと示唆した。この2つの現象が相まって、十分な量の物質が恒星から十分に遠くまで押し出され、恒星は冷えて星塵を形成した。この塵が減光の原因である可能性がある。

ネイチャー誌に掲載された今回の論文は、2020年1月と3月にヨーロッパ南天天文台（ESO）の超大型望遠鏡（VLT）が撮影した画像に基づき、これまでの観測をさらに発展させたものだ。「今回初めて、数週間というスケールで星の外観がリアルタイムで変化するのを観測することができました」と、フランスのパリ天文台とベルギーのルーヴェン・カトリック大学の共著者、ミゲル・モンタルジェ氏は述べた。

これらの画像は、2019年1月と12月に行われた以前の観測と組み合わせることで、天文学者たちが星塵の形成を直接目撃することに成功し、デュプリー氏らが昨年行った観測結果と一致しました。ESOチームは、星の外向きの脈動によってガス泡が噴出され、さらに外側に押し出されたと結論付けました。対流によって駆動される冷たい部分が表面に現れた際、局所的な温度低下によって、より重い元素（シリコンなど）が固体の塵に凝縮され、南半球の星の明るさを覆い隠す塵のベールが形成されました。天文学者たちは、冷たい星から同様に塵が噴出することで、惑星の構成要素となる可能性があると推測しています。

ESOチームは、超新星爆発が差し迫っているという仮説を裏付ける証拠は発見できなかった。「爆発的な結論が出なかったことは残念に思えるかもしれないが、これらの結果は近傍の恒星の一瞬のきらめきを説明する以上のものだ」と、ワシントン大学の天文学者エミリー・レベスク氏（共著者ではない）はネイチャー誌の付随論評で述べている。彼女は、他の赤色超巨星も減光の兆候を示している可能性を指摘している。「恒星の明るさを経時的に監視したり、恒星の赤外線スペクトルにおける塵の兆候を研究したりすることに焦点を当てた次世代施設は、ここで得られた教訓をさらに発展させる上で非常に貴重なものとなるだろう。」

次世代施設の一つが、欧州南天天文台（ESO）の超大型望遠鏡（ELT）で、2026年にファーストライト観測が予定されています。「比類のない空間解像度を実現するELTは、ベテルギウスを驚くほど詳細に直接撮影することを可能にします」と、ルーヴェン・カトリック大学の共著者エミリー・キャノン氏は述べています。「また、ELTは、直接撮影によって表面を解像できる赤色超巨星のサンプルを大幅に拡大し、これらの巨大な星の星風の背後にある謎を解明する上で、さらに役立つでしょう。」

このストーリーはもともと Ars Technicaに掲載されました。

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