天体物理学者のミゲル・モンターゲスは、星が現実のものとなった瞬間をはっきりと覚えています。 彼が7、8歳の頃、南フランスにある両親のアパートの庭から星を見上げていました。 大きな赤い星が瞬いていた。 宇宙ファンだった彼は、天文雑誌で調べた地図とその星を結びつけ、ベテルギウスという名前を知っていることに気づいた。
彼の中で何かが変わりました。その星はもはや、広大な未知の海に浮かぶ匿名の斑点ではなかったのです。
「すごい、初めて……星に名前を付けられるんだと思いました」と彼は言います。
それ以来、現在パリ天文台に勤務するモンタルジェスは、ベテルギウスに関する博士論文や10数本の論文を執筆しました。 彼はベテルギウスを旧友のように思っており、仕事でも遊びでも年に何度も観測しています。 毎年5月にベテルギウスが地球から見て太陽の後ろに移動するときには「さようなら」と言い、8月にベテルギウスが戻ってくるときには「こんにちは」と言うのだそうです。
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だから、2019年の終わりに、明るい星が明らかな理由もなく突然暗くなったとき、モンタルジェスは少し心配になったのです。 ベテルギウスが満月をしのぐほどの鮮やかな超新星で爆発するのではないかと推測する人もいました。 天文学者たちは、ベテルギウスが老朽化していることを知っていますが、モンタルジェスさんはまだその姿を見たくありませんでした。 “
他の研究者たちは、ベテルギウスの爆発をリアルタイムで見たいと思っていました。 超新星は、少なくとも太陽の8倍以上の質量を持つ星が激しく死滅する現象です（SN：11/7/20 p.20）。 しかし、天文学者たちは、何が超新星爆発の合図になるのか、まだ分かっていません。 超新星爆発は、星間空間に、炭素、酸素、鉄など、最終的に惑星や人間の大部分を形成する元素を撒き散らします（SN：2017/2/18、p.24）。
しかし、超新星の爆発はまれで、天文学者は、私たちの銀河系では100年に数回しか発生しないと推定しています。 近くで目撃された最後のものは、33年以上前に隣の銀河で発生したSN1987Aでした（SN：2/18/17, p.20）。 ベテルギウスは、赤色超巨星と呼ばれる、いつ超新星爆発を起こしてもおかしくない、老朽化した大質量星のひとつです。
そのため、昨年末にベテルギウスが奇妙な動きを始めたとき、モンタルジェスとベテルギウス愛好家の小さなバンドは、可能な限りの望遠鏡を使って、薄暗くなった巨大な星に狙いを定めました。 その後、星は通常の明るさに戻り、超新星爆発が近づいているという興奮も薄れていったのである。 しかし、何が起きているのかを解明するために集められた膨大なデータは、別の長年の疑問の答えになるかもしれません。
オリオンの肩
北半球の冬に星を見上げたことがある人なら、気付いていようがいまいが、ベテルギウスを見たことがあるでしょう。 ベテルギウスはオリオン座の中で2番目に明るい星で、私たちから見てハンターの左肩を示しています
しかも巨大です。 ベテルギウスの大きさの推定値は様々ですが、もしベテルギウスが太陽系の中心にあったとしたら、太陽と木星の間の空間の大部分を埋めることになります。 ベテルギウスの質量は太陽の約15〜20倍、直径は750〜1,000倍、地球からの距離は約550光年で、通常、天空で最も明るい星の6〜7番目に位置しています。
ベテルギウスの明るさは、通常でも変化します。 高温の物質が表面に上がってくると星は明るくなり、核に向かって物質が落ちてくると星は暗くなります。 この対流サイクルにより、ベテルギウスは約400日ごとに半月状の調光スイッチを持っている。
この星の明るさも約6年ごとに変化していますが、その理由は分かっていません。 ベテルギウスの年齢は1,000万年未満で、約46億年前の太陽に比べれば若い方です。 しかし、ベテルギウスは非常に巨大で、燃料の消費が早いため、すでに赤色超巨星の最終段階に入っているのです。
シアトルにあるワシントン大学の天体物理学者、エミリー・レヴェスク氏は、「ベテルギウスがいつか死んで爆発することはわかっています」と言います。 と、シアトルにあるワシントン大学の天体物理学者エミリー・レヴェスク氏は言います。 “
2019年10月にベテルギウスが暗くなり始めましたが、それ自体はそれほど不思議なことではありません。 1980年代からベテルギウスの明るさの周期を追跡しているペンシルバニア州ビラノバ大学の天文学者エドワード・ギナン氏によると、この変化は通常の400日前後のサイクルの中に収まっています。
しかし、クリスマスまでにベテルギウスは天文学者が100年以上にわたって測定してきた中で最も暗くなりました。
ギナン氏は、いち早くこの現象に警鐘を鳴らしました。
この減光が超新星爆発の前兆だと考える根拠はありませんでした。 “
今回の減光が超新星の前兆だと考える理由はなく、「超新星になるとは言っていません」とギナン氏は言います。 しかし、このような爆発は非常に稀であるため、天文学者は超新星が間近に迫っていることを示すシグナルが何であるかを知らないのです。
この奇妙な行動の報告は、天文学者やアマチュアの宇宙愛好家にとって必要な情報でした。
「ツイッターでは大騒ぎでした」と語るのは、マサチューセッツ州ケンブリッジにあるハーバード大学&
ほとんどの天文学者は、望遠鏡の使用時間を急いで設定しながらも、ベテルギウスの終焉が近いことをあまり信じていませんでした。
「まさか爆発するとは思っていない」とギナン氏は考えていたようです。 “しかし、瞬きはしたくない。 彼は、ニュートリノと呼ばれる目に見えない粒子や、重力波と呼ばれる時空の波紋を検出する望遠鏡からの電話通知に登録した。 どちらかが検出されれば、超新星の初期兆候かもしれない。 1月の午前1時、オリオン座の方向から重力波が発生したという報告を受けて、彼は外に出た。 “曇っていましたが、明るくなっているのが見えるかもしれないと思いました」と言う。 “
他の人たちも、彼らのデータがその考えに疑問を投げかけるまでは、信じていました。
「私はそうかもしれないと思っていました」と、ドイツのハイデルベルクにあるマックス・プランク天文学研究所の宇宙物理学者タビシャ・ダルマワルダナは言います。 “他の説明があることは知っていましたし、それを調べなければならないかもしれません。 しかし、ベテルギウスが年老いた星であり、寿命が尽きかけていることはわかっています。
2つの陣営
2月中旬にベテルギウスが通常の明るさに戻り始めると、超新星爆発が間近に迫っているという話は消えました。 10月10日付のアストロフィジカル・ジャーナル誌に掲載された論文では、ベテルギウスはまだ老齢期に入ったばかりで、爆発するまでに少なくとも10万年はかかるとされ、ベテルギウスの寿命に対する信頼性が高まりました。
世界中の望遠鏡や宇宙からの結果が殺到するにつれ、多くの天文学者は2つの陣営に分かれました。 一つは、ベテルギウスが暗くなったのは、星自身が吐き出した塵の雲が光を遮ったためだというもの。 もう1つの陣営は、その説明が何であるかはわかりませんが、塵の推測には「ノー」と言います。
もしダスト説が真実であることが証明されれば、宇宙における複雑な化学、惑星、さらには生命の起源に大きな影響を与える可能性があります。 赤色超巨星は、星の中でのみ生成される元素を含んだガスや塵の拡散雲に囲まれており、これらの雲は星が爆発する前に形成されます。
「私たちの体にある炭素や酸素は、超新星や死にかけている星の周りの雲から来ているのです」とモンタルジェス氏は言います。 しかし、そもそもそれらの元素がどのようにして星から逃げ出したのかは明らかではありません。 “
モンタルジェスは、ベテルギウスの減光を研究することで、そのプロセスを科学者に見せたいと考えていました。 その画像によると、確かにベテルギウスは11か月前よりもずっと暗くなっていましたが、それは星の下半分だけでした。
2020年2月15日に行われた観測では、この考えを裏付けるような結果が得られました（SN：4/11/20, p.6）。 アリゾナ州フラッグスタッフにあるローウェル天文台のLevesque氏とPhilip Massey氏は、この2月の観測結果を2004年の同様の観測結果と比較しました。 2人は3月10日付けのアストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌で、対流サイクルのような星の本質的な原因による減光であれば、星の温度は期待されるほど下がっていないと報告しました。 “ベテルギウスが質量を失って、自分の周りに塵を発生させていることはわかっています」とLevesque氏は言います。 “ハッブル宇宙望遠鏡でベテルギウスを観測していたデュプリー氏は、「塵」を強く支持しています。 ギナンと同様、彼女もベテルギウスとは数十年の付き合いになります。 1996年、デュプリーは同僚のロナルド・ギリランドとともにハッブル宇宙望遠鏡でベテルギウスを観測し、太陽以外の星の実像を初めて撮影した。 ほとんどの星は、遠すぎたり、薄すぎたりして、点としてしか見えません。 ベテルギウスは、表面が2次元の円盤、つまり実在する場所として見ることができる数少ない星の1つです。
2019年末までに、デュプリーは年に数回、ハッブルでベテルギウスを観測していました。
目標はモンタルジェスと同じで、ベテルギウス、そしておそらく他の赤色超巨星がどのように物質を失うのかという基本的な疑問に答えることでした。
これらの観測結果によると、2019年1月と3月のベテルギウスは「完全に正常」に見えたとデュプリー氏は言います。
その結果、2019年1月から3月にかけてのベテルギウスは、「至って普通」に見えていましたが、減光現象が起きる直前の9月から11月にかけて、星の南半球では、通常の4〜5倍の紫外線を発していました。
その領域の温度と電子密度も上昇しました。
デュプリー氏らが8月10日付のアストロフィジカル・ジャーナル誌で発表した説によると、星の外層で常に攪拌されている高温プラズマの巨大な泡の一つが、星の大気の端まで上昇して脱出し、大量の物質が星間空間に流れ込んだというものです。
星から逃げ出した高温のプラズマは冷えて凝縮し、塵となって数ヶ月間ベテルギウスの前に漂っていました。
「紫外線で見たものが決定的な証拠のように思えます」とデュプリーは言います。 “
NASAの天体物理学部門のディレクターであるポール・ハーツ氏は、9月10日に行われたNASAのオンライン・タウンホール・ミーティングで、ハッブルの結果を最終的な答えのように述べました。 “謎は解けた」と彼は言った。 “
周期と斑点
そうかもしれませんが、だからといって塵が減光を説明しているわけではありません。
7月1日付のアストロフィジカル・ジャーナル・レターズで、ダルマワレナ氏らは塵の説明に反したベテルギウスの観測結果を発表しました。 彼女のチームは、1月、2月、3月にハワイのジェームズ・クラーク・マックスウェル・テレスコープを使って、ベテルギウスをサブミリ波の光で観測しました。 “
ダストは、浮遊している粒子が星の光を吸収したり再放出したりすることで、その波長でベテルギウスをより明るく見せるはずでした。 しかし、そうではありませんでした。 どちらかというと、星はわずかに暗くなったのです。 “最初に考えたのは、私たちが何か間違ったことをしたのではないかということでした。誰もが塵だと思っていたのですから。
空中に設置されたSOFIA望遠鏡による赤外線観測では、もし塵が存在すれば、その光のサインを見つけることができたはずです。 “しかし、それは現れませんでした」とGuinan氏。 “
その代わりに、ベテルギウスの自然な対流サイクルの一部である可能性があるとグィナン氏は考えています。 ベテルギウスの外側の大気は常に脈動しており、高温プラズマの巨大な泡が表面に現れては沈み、また現れるという「呼吸」をしています。 “これは、星の内部コアによって引き起こされています。 “
複数のサイクルが同期していることで、2019年の減光が非常に激しかったことが説明できます。 グィナン教授らは、1839年に天文学者のジョン・ハーシェルがベテルギウスの明るさが変化することを発見して以来、約180年間にわたるベテルギウスの観測結果を分析しました。 その結果、ベテルギウスには、約6年周期と約400日周期のほかに、約187日周期の3つ目の小さな周期があることがわかりました。
あるいは、モンタルジェスのチームがSPHEREで見た南半球の暗闇は、巨大な星のスポットだったのかもしれないとダーマワルダナは言います。 太陽の場合、黒点と呼ばれる暗い斑点は、太陽表面の磁気活動の場所を示しています。
しかし、ベテルギウスの減光を引き起こすには、巨大な星点でなければなりません。 一般的な星の斑点は、星の表面の20〜30%程度を覆っているとダーマワルダナ氏は言います。
「それは珍しいことです」とダルマワーデナ氏は認めています。 “
パンデミックによる混乱
分析結果はまだ出ていません。
「もっとたくさんのデータが得られると思っていました」とダーマワルダナ氏は言います。
いくつかの観測はぎりぎりで得られました。 SOFIAの観測は、パンデミックの影響で望遠鏡を搭載した飛行機が飛べなくなる前の最後の1回のフライトで行われた。 また、モンタルジェは3月中旬に観測所が閉鎖される数日前にSPHEREで再度観測を行った。
しかし、モンタージュが最も期待していた成果の1つは来ないかもしれない。 それは、90年代にデュプリーがハッブルで行ったように、星の円盤全体を2次元で撮影することと、2020年初頭にダルマワレナが撮影した画像のように、赤外線やサブミリ波などのより長い波長で撮影することです。
この2つを同時に行うことができるのは、チリの「アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計」（ALMA）だけです。 モンタルジェスは、南半球の冬の空が最も乱れない6月から7月にかけて、ALMAによるベテルギウスの観測を依頼する予定でした。
「ALMAが6月に観測できないと知ったとき、私は……永遠に解決しないと思いました」と彼は言う。 “
ALMAが6月に間に合わないとわかったとき、私は……一生解決できないと思いました。
最終的に、もしベテルギウスが昨年、塵の雲を吐き出していたとしたら、それは宇宙における生命の起源について教えてくれるかもしれない、とMontargès氏は言います。
一方で、彼はお気に入りの星が再び明るく輝いているのを見てほっとしています。 “
その一方で、彼はお気に入りの星が再び明るく輝いているのを見て、ほっとしています。「正直に言うと、12月以降、このようなことが始まってから、この星を見るたびに、ふーっ、まだそこにあるんだ、と思います」と彼は言います。 “と聞かれます。 “アンタレスはいつ爆発してもおかしくないので、気にしません。 でも、ベテルギウスは別です」
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