[비즈한국] これまで宇宙で発見された中で最も重い星は何だろうか？これについては議論がある。南半球の夜空に見える大マゼラン雲は、今もなお活発に若い星たちが誕生している現場である。生まれたばかりの瑞々しい星たちが、四方八方に強力なエネルギーを放ちながら塵の雲を吹き飛ばした跡を見ることもできる。その中には、巨大なタランチュラのように恐ろしい姿で雲が吹き飛ばされた場所があり、その姿にふさわしくタランチュラ星雲と呼ばれている。
この場所で、天文学者たちの予想を遥かに超えるほど重い星が発見されたことがある。星の名前はR136。最初に発見されたとき、星の質量は太陽の2000倍を超えるという推定が出された。しかし、どんなに重い星でも太陽質量の最大100倍程度を超えないと考えられている。これは理屈に合わない質量である。
その後、ハッブル宇宙望遠鏡を通じてマゼラン雲を精密に観測した。下の写真は2009年10月20日にハッブルが捉えたマゼラン雲の姿である。ハッブルのより精密な観測により、天文学者たちはR136が実は一つの星ではなく、複数の星が集まった小さな星団であることを突き止めた。星たちが狭い空間の中に密集していたため、個々の星が区別できていなかったのだ。
1光年にも満たない約0.6光年という広さの中に、数多くの星がひしめき合っている。実際にその中で少なくとも7つ以上の星が、太陽質量の100倍を超える重い質量を抱えている。興味深いことに、ここはこれまで人類が発見したすべての星の中で、最も重い星の1位から25位までをすべて従えている、息をのむほど重い現場である。ハッブル以前は、こうした場所をぼやけた視界で一つにまとめて見ていたため、太陽質量の2000倍にもなる「ありえないほど重い星」が存在すると錯覚していたのだ。
しかし、ここのミステリーはまだ終わっていない。これまでR136は「最も重い星だけが住む星団」として有名だったが、今やもう一つのタイトルを手に入れた。最も速く動く「超高速星」たちが住む星団というタイトルだ。
ジェイムズ・ウェッブが宇宙に上がるまでハッブル宇宙望遠鏡が最も鮮明に宇宙を見せる「目」の役割を果たしていたとすれば、また別の分野で自らの任務を誠実に遂行している宇宙望遠鏡がある。まさにガイア（Gaia）だ。ガイアは地球と共に太陽周辺の軌道を回りながら、天の川銀河にある数億個もの星たちの精密な距離と動きを測定する。これを通じて、我々の周辺数万光年内外にある星々の立体的な地図を完成させた。また、各星が移動してきた経路を逆に追跡することで、過去に天の川銀河の星たちがどこに住んでいたのか、未来にはどのように移動するのか、時空を超えて予測することを可能にしている。
その優れた性能のおかげで、ガイアの目は天の川銀河の中にだけ留まっていない。我々の銀河に最も近い矮小銀河であるマゼラン雲の星たちもガイアのターゲットとなる。最近、天文学者たちはガイアの観測結果に基づき、マゼラン雲のR136星団に住む星たちが驚くほど速く動いている事実を発見した。まるで星団の中の星たちが星団の外へ速く飛び出そうとしているように見える。星団の外へ脱走しようとするかのようなこれらの星を「ランナウェイ星」と呼ぶ。
前述の通り、この星団は数多くの若い星が爆発的に誕生している、最も活発な星形成領域の一つである。非常に重いO型星や、四方八方に莫大なエネルギーを吐き出す乱暴なウォルフ・ライエ星が70個以上も存在する。星団の総質量だけでも太陽質量の45万倍を超える。これほど狭い空間に巨大な星たちがひしめき合っている息苦しい現場であるため、隣接する星同士が重力を及ぼし合い、軌道が揺れ動く。そのせいで、時折元の軌道を外れて星団の外へ高速で弾き飛ばされる「不運な星」が生まれるのだ。天文学者たちはすでにハッブル望遠鏡の観測を通じて、この星団からランナウェイ星を知見として得ていた。
ところが、今回のガイアの観測データは一瞬にしてランナウェイ星の数を55個まで増やした。彼らは皆、星団の中心から素早く逃げ出している。驚くべき事実は、今回確認されたランナウェイ星の数が、これまでこの星団で確認された星の全個数の3分の1に達するという点だ。実質的に30%に達するメンバーが一斉に大脱出を行っているのだ！
ガイアの観測データを通じて各星の精密な動きの歴史を逆に追跡した結果、この星団では大きく分けて二度の「大脱出」があったと推定される。最初の波は180万年前、星団が誕生した頃に起きた。一瞬にして多くの星が活発に形成される過程で最初の重力相互作用が起き、その時に初めて多くの星が星団の外へ飛び出した。束の間の平和を享受していた星団は、20万年前に隣接する星団と接近した際に二度目の波が発生した。天文学者たちは、2012年になってようやく発見された周辺の星団がその原因だと推定している。この二度目の波を経験し、星団内の星たちの多くが一斉に同じ方向へ流れ出すことになったのである。
星は質量が重くなるほど寿命が短くなる。数百万から数千万年にも満たない短い生涯を終え、巨大な超新星爆発とともに消え去る。元の住処から飛び出して銀河系の空間を駆け巡ることになったランナウェイ星たちは、銀河系の中でいつどこで爆発するかわからない「時限爆弾」のような存在になり得る。天文学者たちは、このように故郷を離れて宇宙空間を高速で飛び回っていた星たちが遠い過去から存在していたのなら、大昔に宇宙全体が電離した「再電離」を引き起こした主役だったかもしれないと推定している。
宇宙全域の隅々にまで飛び込んだ時限爆弾のような星たちが最終的に爆発し、周囲の宇宙空間に強力な紫外線を吐き出したはずである。特に、宇宙空間の塵の雲の中に入り込んだランナウェイ星の爆発は、その周辺のガス雲の中にある原子を大量に電離させたに違いない。
マゼラン雲は、人類の歴史、そして科学発展の歴史と共に歩んできた驚異的な現場の一つである。特に天文学分野の多くの偉大な発見がマゼラン雲でなされた。南半球の海を初めて航海しながら空に浮かぶぼやけた星の雲の塊を見た探検家マゼランに道しるべとなってくれたマゼラン雲は、その後1900年代になると、自らが抱く気まぐれな変光星の姿を見せてくれた。これを研究した天文学者ヘンリエッタ・リービットの発見のおかげで、我々は変光星から星までの距離を測り、宇宙のスケールを測る方法を習得し、エドウィン・ハッブルが天の川銀河の外に無数の銀河で満たされた巨大な宇宙の正体を明らかにするきっかけを作ることができた。
そして今、マゼラン雲は我々のそばで、最も重い星、最も速い星を抱く最もダイナミックな場所となっている。宇宙で出会える最も極端な事例を抱えた、最も驚くべきサンプルボックスであり宝箱だといえる。ジェイムズ・ウェッブやハッブルなど、すべての宇宙望遠鏡が欠かさず観測する最も美しい世界でもある。
天の川銀河のそばにこのような貴重な宝箱が、一つどころか二つも浮かんでいるという事実は、ある意味で本当に天文学的な幸運かもしれない。わざわざ数百億光年離れた遠くのぼやけた宇宙を探し回らなくても、すぐ隣でより快適に、宇宙で起こる最も極端な現象を見学できるからだ。もし我々の銀河のそばにマゼラン雲が浮かんでいなかったら、人類の天文学の発展は数世紀遅れていたかもしれない。
参考
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08013-8
筆者ジ・ウンベは？ 猫と宇宙を愛する。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えるという夢を持つようになった。現在、延世大学銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室で、銀河の相互作用による進化を研究しており、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『サムに乗る天文台』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。