観測成果
9等星に残されていた初期宇宙の超新星の記録
2009年8月20日
ビッグバン後の宇宙は、水素・ヘリウム・リチウム以外の元素は存在しない世界であり、その後誕生し、死んでいった星々によって重い元素が供給され、蓄積されてきたと考えられています。銀河系にみられる重元素の非常に少ない星は、初期宇宙に誕生した星の生き残りであり、宇宙の初代星による元素合成の結果を記録しているとみられます。これらは宇宙における構造形成の要となる初代星の正体を探る鍵のひとつです。
これまでに知られている重元素の最も少ない星は、4年前にすばる望遠鏡による観測で発見されたものですが、炭素が比較的多いという特徴的な元素組成をもっていました (注1)。これを説明するために、特殊な超新星 (注2) をはじめとして、いくつかのモデルが提案されています。
初代星の性質をさらに調べるために、重元素の少ない星の探査と観測が続けられていますが、すばる望遠鏡による分光観測で、BD+44 493という星の鉄の組成が太陽の5千分の１程度と、非常に低いことがわかりました。この星は、9等級と非常に明るく (注3)、もともと別の観測天体の比較のために明け方の薄明時を利用して観測されたものです。同程度に重元素の少ない星でこれまでに知られていたもっとも明るい星は約12等級ですので、10倍以上明るい星が見出されたことになります。
早速この星の詳しい分光観測を実施した結果、この星も比較的炭素が多く、これまでに知られている重元素の最も少ない星 (注1) と似た特徴をもつことがわかりました。非常に精度のよいデータが得られたため、化学組成を詳しく調べることができ、この星の組成を説明できるのは、今のところ鉄をわずかしかつくらない特殊な超新星 (注2) のみであることが示されました (注4)。おそらく、宇宙の初代星として誕生した大質量星がこのような超新星爆発を起こし、それによって重元素を供給されたガス雲から、BD+44 493 は誕生したものとみられます。
宇宙の初代星による元素合成について、いくつかのシナリオが提案されているなかで、今回の観測結果により、少なくともこのような特殊な超新星が宇宙初期に実際に存在したことを示す観測的な証拠が新たに得られたといえます。
この観測成果は、アストロフィジカルジャーナル誌に掲載されました。
論文：Hiroko Ito, Wako Aoki, Satoshi Honda, Timothy C. Beers, ApJ, 698, L37 (June 10 issue)
BD+44°493: A Ninth Magnitude Messenger from the Early Universe; Carbon Enhanced and Beryllium Poor
注1： すばる望遠鏡、最も重元素の少ない星を発見
http://www.naoj.org/Pressrelease/2005/04/13/j_index.html
注2： 宇宙で最初の超新星がつくった、重元素の最も少ない星
http://www.naoj.org/Pressrelease/j_index_2005.html#050603 およびhttp://www.s.u-tokyo.ac.jp/info/nova.html
注3： この星は太陽より少し温度の低い準巨星（主系列星から赤色巨星に進化する途中の段階）で、地球からの距離は600光年程度と推定されます。
注4： 炭素組成が相対的に高い星を説明するシナリオとしては、自転の速い大質量星の表面から放出された炭素を豊富に含むガスから星が生まれたというモデルや、進化の進んだ中質量星から炭素を豊富に含む物質が伴星に降り積り、現在は伴星のみが観測されるようになったというモデルが提案されています。しかし、すばるによって得られた精度の高い紫外線スペクトルから、BD+44 493の窒素・酸素の組成が精度よく決まり、これらのモデルでは説明できないことが明らかになりました。明るい星とはいえ、紫外線(波長310～390ナノメートル)の精度のよいスペクトルを得るには大望遠鏡が必要とされます。
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図1: BD+44 493と太陽の紫外線スペクトルの比較。太陽(黒線）に比べ、この星（青線）は重元素による光の吸収が格段に弱い。星に見えている光の強い吸収は、主にOH分子による。 (拡大) |
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図2: BD+44 493の元素組成（赤丸、太陽との相対値で、鉄組成を基準にとっている）と、鉄をわずかしかつくらない超新星モデル（線）との比較。炭素から鉄族元素までの組成がこのモデルでよく再現されている。超新星以外のモデルでは、特に炭素や窒素、酸素の組成比が説明できないことがわかっている。 (拡大) |
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参考画像: 中央の星がBD+44 493。9等級のこの星は、周囲の星に比べてひときわ明るい。DSS による画像(AAO/ROEによる)。 (拡大) |
