1181年に爆発した星が残したガスの結び目、ひとつで海王星の軌道の10倍超の大きさ

Pa 30から凍った花火のように噴出した輝く筋は、実は筋ではない。ハワイのジェミニ北望遠鏡による新たな画像は、各フィラメントが真珠のように連なったガスの結節（ノット）の連鎖であり、その一つひとつの結節は、8つの惑星すべての軌道を約10倍も収められる幅を持つことを示している。

それが重要なのは、Pa 30が銀河系内で唯一、天文学者が希少な「半失敗」型の恒星爆発の残骸を、その内部に生き残った星とともに研究できる場所だからだ。この結節は、その残骸がどのように分裂したかを初めて詳細に捉えたものであり、星の位置は爆発がほとんどの超新星よりもはるかに均一だったことを示している。

Pa 30は、中世の中国と日本の天文学者、およびアラビア語の資料がカシオペヤ座で輝くのを目撃した「客星」の名残である可能性が高い。現在、この星雲はタンポポの種子の頭部のように見える。極度に高温の中心星を取り巻く放射状のフィラメントの球体だ。ハーバード＆スミソニアン天体物理学センターのティム・カニンガム（Tim Cunningham）とオーストリア科学技術研究所（ISTA）のイラリア・カイアッツォ（Ilaria Caiazzo）が率いる新たな観測により、これまでのどの画像よりも約10倍多くのフィラメントが明らかになった。

「太陽系の惑星領域は、各結節に約10倍、余裕をもって収まります」とカイアッツォは語る。「結節は驚くほど均一です。そのモデル化に挑戦できるのが楽しみです」

ジェミニ北望遠鏡が星の光から結節を引き出した方法

研究チームは、マウナケアの標高4,200メートル以上に位置するジェミニ北望遠鏡に搭載されたジェミニ多天体分光器（GMOS）を使用した。可視光すべてを集める代わりに、特定の原子の輝きだけを通す狭帯域フィルターを用いた。イオン化した硫黄（赤く輝く）と二重イオン化した酸素（青緑に輝く）である。他のすべての光を遮断することで、背後に密集した星野に対して淡いガスが浮かび上がる。

硫黄の光では、検出されたフィラメントの数は以前の研究と比較して約1桁増加した。よく見ると、それらのフィラメントは滑らかな線ではなく、結節や塊の連なりだった。酸素の画像は2つ目の結果をもたらした。以前の観測で見られた拡散した酸素の輝きが、別の雲ではなく硫黄と同じフィラメントから来ているという初めての確認である。

結節の測定は、大気が許容する限界での作業を意味した。硫黄フィラメントの中央値の幅は0.7秒角で、その夜の望遠鏡上空の大気のぼやけである0.5秒角よりもわずかに広いだけだった。このわずかな超過は、フィラメントが部分的に分解されていることを意味し、典型的な結節の直径が約10^16センチメートル、すなわち約1000億キロメートルであることを示唆している。

実感できる数字で見るPa 30

海王星の軌道は直径約90億キロメートルなので、Pa 30内の一つの結節はそれを横に10個以上並べた幅に相当する。これは地球と太陽の距離の約670倍であり、星雲はこれらの結節の連鎖で貫かれている。

Pa 30は地球から約7,500光年の距離にある。遠く聞こえるが、銀河系の中心（約26,000光年）よりもはるかに近く、その近さこそが結節が見える理由のすべてである。「これほど詳細に見えるのは、Pa 30が地球に近いからです」とカイアッツォは語る。

星雲の中心にある星は、IRAS 00500+6713としてカタログ化されており、約20万度の温度で燃えている。これは太陽表面の30倍以上高温である。毎秒約16,000キロメートル（光速の5％以上）の風を吹き出している。この星を作り出した超新星は、望遠鏡が発明される前に地球から観測された銀河系内のわずか5つの超新星のうちの一つである。

蹴飛ばされなかった星

ほとんどの超新星は星を破壊するか、コンパクトな残骸を残す。Pa 30は、より希少なタイプIaxに属する。エネルギーが低く、不完全な熱核爆発であり、打ちのめされた生き残り（「ゾンビ星」と呼ばれる）を残す。研究者らは、この爆発は燃料を使い果たした星の高密度で地球サイズの残骸である2つの白色矮星の衝突によって始まったと提案している。Pa 30は銀河系内で知られている唯一のタイプIax残骸である。他の銀河にも類似の天体がいくつか存在するが、望遠鏡で生き残りを見ることができるのはこれだけである。

偏った爆発では、生き残った星は「キック」を受けて残骸の中心から離れて漂う。ジェミニの画像は、星雲の中心が星の位置と正確に一致することを示した。研究チームは、横方向のキックについて毎秒約100キロメートルという上限を設定した。これは星自身の風に比べれば微々たるものだ。

「爆発は運動量を保存します。爆発自体が完全に対称的であれば、放出物も対称的になるはずで、生き残った星は大きなキックを受けないはずです」とカイアッツォは語る。「星がまったく動いているようには見えません」

結節が解決しないこと

画像は結節を示しているが、何がそれらを作ったかは示していない。研究者らは、星の周囲のガスの温度や密度の変化が流出する残骸を塊に分解した可能性を示唆しているが、これほど規則的な連鎖を再現できたモデルはまだない。カイアッツォ自身の表現である「驚くほど均一で、モデル化を待っている」というのは、答えではなく未解決の問題である。

サイズの測定もわずかな差に依存している。フィラメントは大気のぼやけよりわずかに広いだけなので、結節の直径は部分的に分解されたプロファイルからの推測であり、個々の結節の明確な測定ではない。酸素の画像はより悪い条件で撮影され、幅は約1秒角で、ぼやけそのものに一致した。

キックの上限は空を横切る運動にのみ適用される。画像は地球に向かう、または遠ざかる動きを測定できない。同じグループによる以前の研究では、ケック宇宙網イメージャーを用いて、視線方向に沿って一方の側にもう一方よりも多くの残骸が見つかり、非対称な爆発を示唆する可能性があると述べられていた。それをほとんど横方向に動いていない星と整合させることは、未完成の作業の一部である。歴史的な超新星との関連性も、年齢、位置、明るさが適合していることに基づいており、直接的な証拠によるものではない。

客星からPa 30へ

NOIRLabによると、8つの独立した文書がこの出来事を記録している。観測者たちは1181年8月4日から6日の間に新しい星に気づき、それはカシオペヤ座で185日間見え続けた。何十年もの間、天文学者たちはそれを3C 58と呼ばれる残骸と結び付けていたが、その天体の推定年齢はうまく適合しなかった。

Pa 30自体は2013年にようやく発見された。アマチュア天文家のダナ・パッチック（Dana Patchick）が、市民科学による惑星状星雲の探索中に、NASAの広域赤外線探査衛星（WISE）の赤外線データの中からそれを見つけた。彼が発見した30番目の星雲だった。2021年にはアンドレアス・リッター（Andreas Ritter）率いるチームが、約1,100キロメートル毎秒で移動する衝撃波と、約1,000年の膨張年齢を測定し、空での位置が中国と日本の記録から3.5度以内であることを示した。2024年にはカニンガムとカイアッツォがケック宇宙網イメージャーを用いて、残骸がほぼ自由に外側に漂っていることを示し、これは星雲が1181年の出来事に由来するという強力な確認であると述べた。

「恒星爆発の信頼できる歴史的記録は、わずか約千年までしか遡れません。私たちの知る限り、銀河系内の暗闇にまだ同様の残骸が潜んでいる可能性は十分にあります」とカニンガムは語る。

Pa 30と1181年の超新星に関するよくある質問

Pa 30とは？

Pa 30はカシオペヤ座にある星雲で、約7,500光年離れており、非常に高温の生き残った星の周りに放射状のガスフィラメントからなる。中国、日本、アラビア語の資料が1181年に記録した超新星の残骸である可能性が高い。

1181年の超新星は現在見えるか？

肉眼では見えない。爆発は約6ヶ月で減光し、その残骸Pa 30は非常に淡いため、2013年に赤外線サーベイデータで初めて同定された。そのフィラメントはジェミニ北望遠鏡のような大型望遠鏡による深い画像でのみ現れる。

タイプIax超新星とは？

白色矮星を破壊する熱核爆発の、より弱く不完全なバージョンである。星を完全に吹き飛ばす代わりに、損傷した生き残り（しばしばゾンビ星と呼ばれる）を残す。Pa 30は銀河系内で知られている唯一のこのタイプの残骸である。

Pa 30の結節の大きさは？

論文では典型的な結節の直径を約10^16センチメートル、およそ1000億キロメートルと推定している。研究チームによれば、太陽系の惑星が存在する領域は各結節に約10倍収まるという。

今後の展望

研究チームは現在、このような規則的な結節の連鎖がどのように形成されたかをモデル化したいと考えている。また、Pa 30の特徴的な形状をテンプレートとして、銀河系や近隣の銀河で同様の残骸を探索する計画もある。「天文学はビッグデータ時代に突入しました」とカニンガムは語る。「私たちの発見は、膨大なデータセットをスクリーニングするのに役立つでしょう」この研究は2026年10月6日付の『The Astrophysical Journal』に掲載された。

参考文献: Cunningham et al., “Detection of Knots in the Type Iax Supernova Remnant Pa 30,” The Astrophysical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-4357/ae9cb2

タグ: 天文学, Gemini North, NOIRLab, Pa 30, SN 1181, 白色矮星