113日ごとに超新星を装う巨星、ガスを奪うブラックホールか中性子星が原因

およそ113日ごとに、近くの渦巻銀河に位置する巨星が、超新星と見紛うほどに明るく閃光を放つ。これまでに少なくとも27回の爆発を起こしながら、星はなおも存在し続けている。NASAのチャンドラX線天文台による観測から、この爆発を引き起こしているのは、細長い軌道を描くブラックホールか中性子星である可能性が浮上した。このコンパクト天体は、巨星と接近するたびにその表面から引き剥がしたガスを飲み込んでいるという。

この星は「AT 2016blu」というカタログ番号で知られ、不安定なタイプの星としては初めて、崩壊した恒星の残骸を伴侶に持つことが明らかになった。また、天文学者がこれまで別々に研究してきた二つの謎、超新星のように爆発しながらも死なない「超新星インポスター」と、他の銀河で観測される極めて明るいX線源（その駆動メカニズムは依然議論が続いている）、を結びつける発見でもある。

この星はとてつもなく大きい。静穏期にハッブル宇宙望遠鏡が撮影した画像から、質量は太陽の少なくとも33倍、明るさはその50万倍以上と推定される。地球から約2900万光年離れた銀河NGC 4559に位置し、りゅうこつ座イータ星（Eta Carinae）と同じ不安定な仲間に属する。規則正しい周期は、この星が何かと軌道を共有していることをすでに研究チームに示唆していた。

爆発のピーク時には、赤色光で太陽の約1000万個分の明るさに達する。真の超新星よりははるかに暗いが、超新星サーベイに記録されるには十分な明るさだ。「この星の振る舞いは最初、混乱を招きました。なぜなら超新星のように振る舞い続けるのに、明らかに超新星ではなく、年に約3回の爆発を生き延びているからです」と、共著者でバージニア大学のヌリア・トレス＝アルバ（Núria Torres-Albà）氏は語る。

チャンドラが爆発中の星を捉えた方法

二つの大質量星の恒星風が衝突する場合、そこからは控えめなX線しか放出されない。一方、ブラックホールや中性子星にガスが落下する場合、そのX線は数千倍も明るく輝く可能性がある。両者を区別するには、チャンドラが爆発の最中を観測する必要があり、そのためにはいつ爆発が起きるかを事前に知らねばならなかった。

そこで研究チームは監視を開始した。リック天文台とラス・カンブレス天文台ネットワークの望遠鏡がほぼ毎晩この星をチェックし、アメリカ変光星観測者協会（AAVSO）からの警報によって30人以上の観測者（その多くはアマチュア）が参加した。星の明るさが1等級以上増加した時点で、チームは緊急のチャンドラ観測を要請。望遠鏡は4日間にわたって5回、合計約10万秒の観測を行い、毎回X線を検出した。

「可視光で繰り返される明るい閃光は、実際には高エネルギーのX線が周期的に爆発することで生じているのではないかと疑っていました」と、共著者でアリゾナ大学のネイサン・スミス（Nathan Smith）氏は語る。「システムを取り巻く高密度のガスがX線で加熱され、可視光で輝いているのです」

この観測ができたのはチャンドラだけだった。約10秒角離れた場所には、はるかに明るいX線源「NGC 4559 X7」が存在し、欧州のXMM-ニュートン衛星では両者が重なって一つの点にしか見えない。さらにチャンドラは、20年以上前にAT 2016bluが静穏期だった頃、偶然この領域を撮影しており、その位置には何も検出されていなかった。今回の新たな検出は、その限界値よりも少なくとも100倍明るい。背景のクエーサーが偶然にもこの小さな探索範囲内に存在する確率は、10万分の6程度である。

ブラックホールか中性子星しか適合しない理由

論文では、このような星がX線を発生させる四つのメカニズムを検討している。単一の星の恒星風内部の衝撃波では、チャンドラが測定した値の1000万分の1以下にしかならない。二つの大質量星の恒星風が衝突する場合でも、約1万分の1にしか届かない。連続する軌道で放出されたガスの殻が互いに衝突する可能性もあるが、星の光で観測される速度では軟らかい低エネルギーのX線しか発生せず、チャンドラは硬い高エネルギーのスペクトルを記録している。

残るのは降着、すなわち物質がコンパクト天体に落下する過程である。X線出力は、約3.5太陽質量の天体に対する理論上の上限（エディントン限界）に達しており、これはすでに中性子星の上限を超えている。また、他の銀河で見られる極端な放射源の一種「超光度X線源」の閾値にはわずかに届かないが、チャンドラが真のピークを捉え損ねた可能性もある。研究チームはAT 2016bluを、その候補天体と位置づけている。

可視光での爆発は、X線の約100倍のエネルギーを運んでいる。両者が同じ降着現象に由来するなら、エネルギーの約99％は周囲のガスに吸収され、可視光として再放射されていることになる、スミス氏はそう説明する。

りゅうこつ座イータ星や他のインポスターとの比較

X線の最大時において、りゅうこつ座イータ星（X線は恒星風の衝突に由来する）の明るさは、AT 2016bluの約2000分の1にすぎない。天の川銀河内のほとんどの高光度青色変光星（LBV）は、X線をまったく示さない。

最も近い類似例はSN 2010daで、銀河NGC 300にあるX線で明るいインポスターであり、規則的なパルスから中性子星の存在が明らかになっている。ただし、その大質量星は赤色超巨星であり、高光度青色変光星ではない。

この違いが重要なのは、SN 2009ipの存在による。SN 2009ipは高光度青色変光星で、数年もの間爆発を繰り返した後、実際に超新星爆発を起こしたように見える、これは単一星モデルでは説明できない現象だ。増えつつあるモデルは、そのような死の前の爆発にコンパクトな伴侶が関与していると示唆しており、AT 2016bluはその条件に合致する初めての観測された高光度青色変光星である。

X線がまだ教えてくれないこと

最大の未解決問題は、伴侶天体の正体である。中性子星は規則的なX線パルスによって識別できるが、チャンドラが収集したX線光子の数は少なすぎてパルスを探すことができず、XMM-ニュートンの視野はX7によってかき乱されている。伴侶の質量を測定するには軌道解が必要だが、星の水素の光で測定される速度は軌道運動を反映しておらず、質量は算出できない。

降着率はブラックホールを示唆するが、決定的ではない。可視光での爆発を考慮すると、伴侶は典型的な中性子星が処理できるとされる速度の100倍以上の速さでガスを飲み込んでいる可能性がある。ただし、一部の中性子星はその限界を約1000倍も超える降着を示した例があるため、著者らは断定を避けている。

星のスペクトルには、軌道と同期せずに現れたり消えたりする特徴も見られ、ジェット、降着円盤、あるいは塊状のガスが関与している可能性を示唆している。

さらに、長年にわたって安定していたこの星が、なぜ爆発を始めたのかという問題もある。研究チームは、星が年齢とともにゆっくりと膨張し、伴侶に接触し始めたという説を支持する。別の可能性として、こうした星に知られる一時的な膨張期（パフアップ期）が原因で、その場合爆発はいつか止まるはずだが、今のところ止む気配はない。

超新星インポスターに関するよくある質問

超新星インポスターとは何か？

超新星と誤認されるほど明るくなるが、生き残る大質量星のこと。多くの場合、りゅうこつ座イータ星のような高光度青色変光星である。真の超新星は星を破壊し、通常ははるかに明るい。インポスターは超新星サーベイに記録されることが多く、星が再び現れた時点で再分類される。

X線はどのようにブラックホールや中性子星を明らかにするのか？

非常にコンパクトな天体にガスが落下すると、数百万度に加熱され、通常の星では到達できない強度の硬X線で輝く。AT 2016bluはX線だけで太陽の全出力の約10万倍に達し、恒星風の衝突で生じるX線をはるかに上回る。ブラックホールと中性子星を区別するには、パルスや質量測定などの追加証拠が必要である。

AT 2016bluは本当の超新星として爆発するのか？

誰にもわからない。この星は最終的に超新星として終焉を迎えるのに十分な質量を持ち、同様の歴史を持つインポスターSN 2009ipが実際に爆発した例もある。新しいデータからは、いつそれが起こるかについては何も示されていない。

次の接近通過

チャンドラは2026年3月24日から27日にかけてこの星を観測した。それ以前には、2001年と2002年のアーカイブ画像、そして2012年に記録された最初の爆発がある。結果は11月9日付の『アストロフィジカル・ジャーナル』に掲載された。「15年にわたり、天文学者たちはこの星が定期的に非常に明るくなり、また暗くなるのを観測してきました」と、筆頭著者でバージニア大学のモジガン・アガカンルー（Mojgan Aghakhanloo）氏は語る。「適切なタイミングでチャンドラのデータを得るまでは、何がこれを引き起こしているのか解明できませんでした」

著者らは、インポスター、高光度青色変光星、そして真の超新星がどのように関連しているかを理解するためには、このようなシステムをさらに発見することが不可欠だと主張する。AT 2016bluはその周期を守り続けているため、接近のたびに新たな観測のチャンスが訪れる。決定的な証拠となるのは、中性子星にしか作れないX線パルスか、あるいは伴侶の質量を最終的に決定する軌道解である。

参考文献：Aghakhanloo et al., “AT 2016blu: Accretion-powered Outbursts in a Luminous Blue Variable and Compact Object Binary,” The Astrophysical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-4357/ae9a86

タグ: 天文学, ブラックホール, 超新星, 中性子星, AT 2016blu, Chandra X-ray Observatory