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【科学ニュース】太陽は死ぬとどうなるのか?

太陽はあと約100億年で死に至ると考えられているが、そのときに何が起こるのかは今まではっきりとはわかっていなかった。

英マンチェスター大学のアルバート・ジールストラ(Albert Zijlstra)博士らの国際天文学者チームの予測によると、太陽は死後、惑星状星雲と呼ばれる星間ガスと塵の光り輝く巨大な輪となるという。

惑星状星雲は、全恒星の90%が寿命を終えるときに生じ、恒星が赤色巨星から白色矮星になるまで存在する。しかし長い間、太陽がこのような運命をたどるかどうかは不確かだった。太陽の質量が、目に見える惑星状星雲を形成するには小さすぎるのではないかと考えられたためだ。

研究チームはこれを明らかにするため、恒星のライフサイクルを予測する新しいデータモデルを開発した。このモデルを使って、恒星の質量と年齢の違いによって、放出されたガスと塵が作る輪の輝度(明度)を予測した。

ジールストラ氏はこう説明する。「恒星は死ぬときに大量のガスと塵を宇宙空間に放出する。これはエンベロープと呼ばれるが、その質量は恒星質量の2分の1ほどになることもある。この放出で恒星の核が露わになり、その時点で恒星は命の燃料を使い切り、放出は止まり、最終的な死を迎える」。

「高温の核が、放出したエンベロープを明るく輝かせるのは1万年ほどの間だけ。天文学的にはわずかな時間だ。これが、惑星状星雲を目に見える状態にする。非常に強く輝くため、恒星自体の光は弱すぎて見えない数千万光年のかなたからでも目にすることができる」。

今回のモデルは、四半世紀のあいだ天文学者を悩ませていた別の問題も解決することになった。

約25年前、ほか銀河内の惑星状星雲のなかで最も明るい星雲は常に同じ明るさであることが発見された。銀河の中で最も明るい惑星状星雲の外観だけから、その銀河までの距離を知ることができるとわかった。これは、理論的にどのタイプの銀河でも同じだった。

しかし、観測データではこれが正しいと示唆されるものの、当時の科学的モデルはそうではないことを示していた。ジールストラ氏はこう述べる。「年老いた低質量の恒星は、若い大質量の恒星にくらべ、生成する惑星状星雲の輝きは弱くなるはずだ。これがこの25年間、疑問の種となってきた」。

「データは太陽より質量の小さい恒星から明るい惑星状星雲を形成できることを示していたが、モデルではそれは不可能であり、太陽質量の約2倍より小さいと惑星状星雲は輝きが弱いために目に見えないはずだった」。

新しいモデルは、恒星はエンベロープの放出後に、古いモデルよりも3倍の速さで温度が上昇することを示した。これが正しければ、太陽のような低質量星でも明るい惑星状星雲を形成することが大幅に容易になる。新しいモデルから、太陽の質量が、弱いながらも目に見える惑星状星雲を形成できるほぼ最小レベルであることがわかった。太陽より数パーセント小さいだけで、目に見える惑星状星雲を形成できなくなる。

ジールストラ氏は付け加えてこう述べている。「太陽1.1個分より質量が小さい恒星は弱い星雲を生成し、太陽質量の3倍を超える恒星は明るい星雲を生成するが、それ以外については予測される明るさはこれまで観測された星雲と非常に近くなる。問題は、25年後にして解決した」。

「これは素晴らしい結果だ。今回、計測がきわめて難しい範囲である遠方の数十億歳の恒星の存在を観測する手段が得られただけでなく、太陽が死ぬときにどうなるのかについても知ることができた」。

この研究結果は、Nature Astronomy誌に5月7日付で公開されている。

【情報ソース】

Nature Astronomy - The mysterious age invariance of the planetary nebula luminosity function bright cut-off
https://www.nature.com/articles/s41550-018-0453-9
doi:10.1038/s41550-018-0453-9

University of Manchester - What will happen when our sun dies?
http://www.manchester.ac.uk/discover/news/what-will-happen-when-our-sun-dies/

Sci-News - Sun at End of Its Life Will Turn into Faint Planetary Nebula, Astronomers Predict
http://www.sci-news.com/astronomy/sun-planetary-nebula-05987.html

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