天文学者チームは本日、天の川銀河にあるある恒星の特異な元素組成は、初期宇宙における大規模な恒星崩壊に起因する可能性があると発表した。この発見は、金などの宇宙の重元素の起源の多様性を天文学者が理解する上で役立つ可能性がある。
問題の恒星SMSS J200322.54-114203.3は、太陽から7,500光年離れており、銀河系の周縁部にあるハローに位置しています。研究チームは、超新星よりもさらにエネルギーの高い恒星爆発（「極超新星」と呼ばれる）が、この恒星の特異な化学組成の原因であると考えています。鉄よりも重い元素の生成には強い力が必要です。中性子星の合体や、超新星爆発による巨大な恒星の崩壊は、この2つの一般的な方法です。軽い元素が多くの中性子を吸収することで重元素が生成され、その一部は陽子に崩壊し、最終的に重元素の安定同位体を形成します。これらの元素は、爆発や衝突の力によって星間物質に拡散し、最終的には他の恒星や地球のような惑星にたどり着きます。
科学者たちは、この星の化学組成（鉄含有量が非常に低く、窒素、亜鉛、ユーロピウム、トリウムが非常に多い）は、典型的な中性子星合体とは異なる重元素の起源を示唆していると述べています。この研究は本日、ネイチャー誌に掲載されました。
「この研究が問う重要な問いは、『初期宇宙で最も重い元素はどのようにして生成されたのか？』ということです」と、オーストラリア国立大学の天文学者で、今回の論文の筆頭著者であるデイビッド・ヨング氏はメールで述べた。「中性子星（大質量星の極めて高密度な残骸）の合体がその起源であることが最近確認されました。…私たちの研究結果は、磁気回転極超新星（磁場を持ち、高速で回転する星の高エネルギー爆発）が、これらの重元素のもう一つの起源であることを明らかにしました。」
研究チームは、亜鉛、トリウム、ユーロピウムといった重元素を大量に含む恒星を探していました。彼らは、夜空に浮かぶ約6億個の天体のカタログを構築したプロジェクト「SkyMapper Southern Sky Survey」から2万6000個の恒星を精査しました。候補は150個に絞り込まれましたが、チームが探し求めていた高窒素・高亜鉛の特異な特徴を持つのはSMSS J200322.54-114203.3だけでした。この恒星は、既知の恒星の死の速度とエネルギーに基づくと、本来あるべき量よりも多くの重元素を含んでいたのです。
「これらの元素の過剰量はどこかから来たに違いありません」と、英国ハートフォードシャー大学の天文学者、小林千秋氏はARCセンターのプレスリリースで述べています。研究チームは、この星が約130億年前、宇宙の歴史から見てかなり初期に、巨大な極超新星爆発の余波から形成されたと結論付けました。極超新星は実際には超新星の一種であり、通常の超新星爆発の約10倍のエネルギーを持つ恒星の爆発を指します。
「この星の鉄含有量が非常に低いことから、天の川銀河が非常に若かった頃に形成されたに違いありません」とヨン氏は述べた。「時間的制約が短いことを考えると、中性子星合体シナリオよりも、単一のイベント（磁気回転極超新星爆発）ですべての元素を生成する方が簡単でしょう。」
研究チームは、この巨大で磁力を持ち、高速で回転する恒星が130億年前に崩壊し、元素をあちこちに吹き飛ばしたと考えています。小林氏による天の川銀河の化学進化モデルは、極超新星爆発が今日の銀河の化学組成の形成に大きな役割を果たした可能性を示唆しています。
同様の組成を持つ恒星をさらに発見することで、研究チームは初期の宇宙において極超新星がいかに重要であったかを理解するのに役立つだろう。現時点では、SMSS J200322.54-114203.3が、元素に関する謎の全体像を示す唯一の指標となっている。
続き：天文学者たちは、存在が予測されていた珍しい種類の超新星を発見したと考えている
