生涯の終末期にある巨大な恒星、ベテルギウスは最近、急激な明るさの低下という奇妙な現象を起こしている。新たな研究によると、ベテルギウスの薄片状の外観は、これまでにない規模の巨大な黒点によるものだという。
アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載予定の新たな研究（プレプリントはこちら）は、ベテルギウスの劇的な光度低下と、光球（恒星表面で明るく輝く部分）内の巨大な欠陥との関連性を指摘しています。ベテルギウスのこれらの暗く冷たい斑点は太陽の黒点を彷彿とさせますが、死にゆく恒星の表面積の50%から70%を覆っています。この新たな研究は、マックス・プランク天文学研究所の天文学者タヴィシャ・ダルマワルデナ氏が主導しました。
ベテルギウスは、地球から約650光年離れた赤色超巨星です。オリオン座に位置し、肉眼でも容易に見ることができます。驚くほど大きな星であるベテルギウスは、質量が太陽11個分、直径が太陽約1,700個分（一列に並んだ大きさ）あります。もしベテルギウスを太陽系の中心に置くと、木星の軌道まで広がります。すごいですね。
ベテルギウスは寿命の終わりを迎えており、いつでも超新星爆発を起こす可能性があります。赤色巨星では珍しくない現象ですが、その明るさは時間とともに変動するため、準規則変光星に分類されています。
「星は寿命の終わりに近づくと赤色巨星になります」とダルマワルデナ氏はプレスリリースで述べています。「燃料が尽きると、星がエネルギーを放出するプロセスが変化します。その結果、星は膨張し、不安定になり、数百日、あるいは数千日の周期で脈動します。これが明るさの変動として観測されます。」
しかし、ベテルギウスで観測されるこれらの光度低下の程度は異常です。最近では、2019年10月から2020年4月にかけて、科学者たちはベテルギウスの通常の明るさが最大40%低下するのを観測しました。
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赤色超巨星は、その巨大な表面積と比較的低い密度のため、外層のガス層を容易に宇宙空間に放出し、冷却後に塵へと変化します。このプロセスから、オーストラリア国立大学の天文学者ダニエル・コットン氏とその同僚たちは、ベテルギウス周辺に大量の塵が存在することが、この奇妙な光度低下の原因であると結論付け、最近の論文でその説明を行いました。
ダルマワルデナ氏の論文は、サブミリ波の放射線を測定するアタカマ・パスファインダー実験（APEX）とジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）によって収集された新旧のデータを用いて、この理論に異議を唱えている。
「サブミリ波領域でもベテルギウスが20％暗くなったことに驚きました」と、研究の共著者で東アジア天文台の研究員であるスティーブ・メアーズ氏は説明した。
研究者たちは、これまでの観測に基づき、この挙動は塵の存在とは矛盾すると結論付けました。その後、このスペクトル領域内での計算によって、この疑念が裏付けられました。つまり、このサブミリ波領域における光度の低下は塵の存在だけでは説明できないということです。新たな研究によると、恒星内部で何かが起こっているに違いないということです。
天文学者たちは、基本に立ち返ったアプローチを用いて、星の明るさはその直径と表面温度に依存することを認識しました。したがって、可視光とサブミリ波領域における観測された暗化は、ベテルギウスの平均表面温度の低下を引き起こすはずです。
「しかし、非対称な温度分布の可能性が高い」と、研究共著者でヨーロッパ南天天文台（ESO）のピーター・シクルナ氏は説明した。「2019年12月に撮影されたベテルギウスの高解像度画像には、明るさが変化する領域が映っている。」
これらのデータを総合すると、ベテルギウスの可視表面領域の 50% ～ 70% 以上を覆う巨大な星黒点が、非常に明るい光球よりも低い温度で存在していることが分かります。
ワシントン大学の天文学教授で、近々出版される科学普及書『The Last Stargazers』の著者でもあるエミリー・レベック氏は、サブミリ波でベテルギウスのデータを見ることができて喜んだ。
「彼らの観測によると、ベテルギウスはしばらくの間、これらの長波長で変動していた。そのため、これが昨年の冬に観測された目に見えるほど劇的な減光とどう関連しているのかを理解することは、間違いなくパズルの重要なピースだ」と、この新しい研究には関わっていないレベスク氏はギズモードに語った。
「この結果は非常に興味深いものです。ベテルギウスの歴史的な減光は塵によって引き起こされたというこれまでの仮説を覆す証拠を提供しているからです。ダルマワルデナ氏とコットン氏の間では、相反する観測結果に直面しているようです」と、ルーヴェン・クー大学天文学研究所のミゲル・モンタルジェ氏はギズモードへのメールで述べています。「これは非常にエキサイティングです。ベテルギウスに関するデータが増えれば増えるほど、より複雑な現象が浮かび上がってくるようです。」
しかし、今回の研究には関わっていないモンタルジェ氏は、異なる波長、異なる角度解像度、そして異なる日付に行われた基準観測でベテルギウスを観察してきたという問題点を指摘した。
「一見単純な現象のように見えるこの減光を理解することは、しばらくの間、私たちに考えさせる材料を与えてくれるかもしれません」とモンタルジェ氏は説明した。「赤色超巨星や超新星の起源については、まだ分かっていないことがたくさんあります。」
レベスク氏は、ベテルギウスは赤色超巨星の一つに過ぎず、その明るさと近さのおかげで詳細に研究できたのは幸運だったということを忘れてはならないと語った。
「赤色超巨星のほとんどがサブミリ波領域で時間とともにどのように変化するのか、あるいは可視光の急激な低下がどれほど頻繁に起こるのか、まだよくわかっていません」と彼女は述べた。「ベテルギウスをできるだけ多くの波長で観測し、ベテルギウスのような星をもっと多く研究することで、これらの死にゆく大質量星の物理現象を完全に解明したいと考えています。」
確かに、ベテルギウスの黒点の存在は、相補的な証拠によって確認される必要があるが、もし事実であれば、全く新しい種類の恒星現象となるだろう。今後の研究では、これらの黒点の持続期間を調査し、その潜在的な原因を特定し、考えられる周期を特定することが求められる。例えば、私たちの太陽は11年周期で黒点を出現させる。今回の新たな研究は興味深い結果を示しているが、より説得力のあるデータが必要である。
