[비즈한국] らせん星雲（Helix Nebula）は、宇宙ファンに特に愛されている天体だ。中心の空洞を小さく丸いガス残骸が囲み、その外側には両脇にさらに広く、わずかに歪んだ楕円形でガス残骸が広がっている。まるで宇宙の巨大な瞳のように見える。その非常に魅力的な姿のおかげで、2014年にはニール・ドグラース・タイソンによるドキュメンタリーシリーズ「コスモス」のメインビジュアルとしても使用された。私も昨年出版した著書『日々、宇宙のかけら（날마다 우주 한 조각）』の表紙写真にこの星雲を使用した。
らせん星雲の四方に散らばるガス雲の真ん中は、ぽっかりと空いている。そしてその中心には、大昔に外層大気が吹き飛ばされ、後に残された死んだ星の遺体がある。白色矮星だ。天文学者たちは長い間、白色矮星だけが生き残り、孤独に光を失っていくだろうと考えていた。しかし最近、意外にもそこに驚くべき正体が隠されていたという事実が判明した。ここでは、白色矮星の重力に捕らえられた惑星が徐々に破壊されていく、悲しくも壮大な最期が繰り広げられていたのだ。大昔に星一つが死と共に残していった美しい現場の真ん中で、今もなお別の惑星の死が続いていたのである。
らせん星雲はみずがめ座の方向に約650光年の距離にあるガス雲だ。大昔、太陽のような星が消え去った後に残した痕跡である。この巨大な宇宙の瞳は、現在直径5〜6光年ほどの広がりを見せている。この残骸は今も秒速30kmの速度で広がり続けている。大昔に死を迎えた星が外層大気を吹き飛ばしたことでその素顔が露わになり、それが今日のらせん星雲の中心にある白色矮星「WD 2226-210」として残っている。
もはや核融合をすることができない死んだ星の遺体ではあるが、星が外層大気を脱ぎ捨てて露わになった星の芯であるだけに、その温度は非常に熱い。表面温度は12万度に達する。ただ、星のサイズが小さすぎるため、全体としては暗く見えるだけだ。この白色矮星の直径は、太陽の約2%に過ぎない。温度が高すぎて白く光るものの、小柄な星であることから「白い小人」、すなわち白色矮星と呼ばれている。
白色矮星は非常に温度が高いため、通常は紫外線レベルの極めて短い波長の光で多くのエネルギーが観測される。ところが、らせん星雲中心の白色矮星は少し奇妙だった。紫外線だけでなく赤外線領域でもかなりのエネルギーが観測されたのだ。2000年代半ば、様々な波長にわたってらせん星雲中心の白色矮星のスペクトルを分析した天文学者たちは、こうした赤外線超過が発生するのは、白色矮星の周囲を厚い塵の円盤が取り囲んでいるためだと推定した。その後の観測では、白色矮星のスペクトルから明瞭な金属成分が検出された。一部の天文学者は、これが大昔に金属成分を含んだ小惑星や惑星が星に捕食され、白色矮星が金属成分で「汚染」された痕跡である可能性があると推定した。
こうした観測を根拠に、天文学者たちはらせん星雲中心の白色矮星の周囲にも、私たちの太陽系のカイパーベルトのように、大小の破片や小天体の残骸で満たされた塵の円盤があるはずだと考えた。あるいは、中心の星が存命中に従えていた彗星たちが、オールトの雲のように今も周囲を取り囲んでいるためだと推定した。
2024年、中心の白色矮星の明るさが一定の周期で変動している事実が明らかになった。天文学者たちは、これが今も惑星が一つ生き残ってその傍らを守っているためではないかと推測した。白色矮星の周囲に海王星程度の大きさのガス惑星が、（星雲自体に対して）約25度傾いた軌道で回っていれば、観測される中心の白色矮星の明るさの変動を説明できる。これを根拠に天文学者たちは、白色矮星の傍らに完全に破壊されずに生き残った惑星が一つ回っていると推定した。ただし、中心の白色矮星の明るさの変動が、惑星のせいではなく、不安定な白色矮星自体の変動による可能性も完全に排除することはできない。
らせん星雲中心の白色矮星には、これ以外にも40年近く解決できていないミステリーがもう一つある。1980年代から天文学者たちは、この中心の白色矮星から説明のつかない鮮明なX線を捉えてきた。しかし、これは不可解だった。通常、X線は紫外線よりも遥かに極端なエネルギーを放出する天体がある時に発生する。ところが惑星状星雲は、とっくの昔に星が死んで残した痕跡に過ぎない。熱い白色矮星が存在してはいるが、らせん星雲で観測される強烈なX線を白色矮星一つだけで説明することはできなかった。つまり、何か別のものが必要なのだ。
チャンドラX線観測衛星のデータを活用した今回の研究で、天文学者たちはこれが二つ目の惑星の存在を示す証拠である可能性があると述べている。もしかするとらせん星雲中心の白色矮星の傍らには、惑星が一つではなく二つあったのかもしれない。そのうちの一つが、星の死と共に白色矮星の強い重力に引き寄せられて星の周囲で破壊され、壊れた惑星の破片が急速に白色矮星の中へ吸い込まれていったのだろう。そして、破壊されずに生き残った残りの惑星一つだけが、今もその傍らを回っている可能性がある。
天文学者たちは、大昔に木星ほどの大きさの巨大な惑星がもう一つあり、この惑星が白色矮星の強い重力に引き寄せられて徐々に軌道を狭め、砕かれながら破壊されたと推定している。この過程で惑星の物質が白色矮星の表面に非常に高速で叩きつけられるのだが、この時、惑星の物質は極端な温度まで加熱されることになる。そうして中心の白色矮星の周囲には、熱せられた惑星の破片による薄い円盤が形成されるのだ。ブラックホールが星を捕食する際に周囲に形成される、熱い円盤「降着円盤」と同じ原理である。
白色矮星の周囲に形成された降着円盤は温度が非常に高いため、X線でも十分に光を放出できる。今回の分析が事実であれば、らせん星雲中心の白色矮星は非常にユニークな現場だと言える。中心の白色矮星と、その周囲をありふれた小惑星帯が囲んでいるだけでなく、さらに内側には非常に高温の降着円盤まであり、内外で異なる形態の塵の円盤に取り囲まれている姿かもしれない。
1992年のROSAT、1999年のチャンドラ、そして2002年のXMM-ニュートン衛星に至るまで、10年におよぶ長い宇宙望遠鏡の観測を経て、私たちはらせん星雲の中心に住む白色矮星で何が起きているのか、そのX線の変化まで追跡できるようになった。興味深いことに、ここでのX線は常に一定ではない。約2.9時間の短い周期で強度が強くなったり弱くなったりする規則的なリズムを見せる。天文学者たちは、この規則性こそが、今もなおこの白色矮星の傍らに何かが一定の周期で回っていることを示す強力な証拠だと考えている。元々あった木星のような巨大な惑星は消えてしまっただろうが、その惑星が破壊される過程で残された破片が、今も傍らに残り、白色矮星の周りを回っているのだろう。
傍らに捉えられている存在は、破壊された木星型惑星の破片ではなく、比較的質量の小さい星である可能性もある。ただし惑星に比べて星はそれ自体の重力がはるかに強いため、白色矮星に近づいたからといって簡単に破壊されることはない。したがって、白色矮星の傍らにあるのが惑星ではなく軽くてありふれた星であったなら、今観測されている鮮明で規則的なX線を作り出すことはできなかったはずだ。そのため天文学者たちは、らせん星雲の中心で白色矮星がガス型惑星を飲み込んでいる現場が繰り広げられていると推定している。
今回の発見は、新しい種類の変光星の可能性を示している。私たちに馴染みのある変光星は、ある程度進化を経た不安定な星が自ら収縮と膨張を繰り返すことで明るさが揺らぐものだった。しかし今回の発見は、すでに死に絶えた星が、傍らにまだ残っている惑星の残骸を飲み込む過程でも、同じように一定のリズムで明るさが揺らぎ得ることを示している。これは単に星の死の過程だけでなく、宇宙の至る所で異なるリズムで揺らめいている星たちの物語をより深く掘り下げるための興味深い手がかりを提供する。
らせん星雲は、まさに私たちの太陽が今後50億年の寿命を全うした後に迎える姿と似ている。私たちの太陽もそれほど重くない星であるため、超新星爆発には遠く及ばず、ちょうど惑星状星雲程度のものを残して消えていくだろう。その過程で太陽は肥大化し、最期の瞬間に自分の外層大気を四方に吹き飛ばし、中心に小さな白色矮星だけを残して消えていくはずだ。
その時が来れば、地球はすでに太陽の一部となって飲み込まれて久しいだろう。ただし木星や土星のように太陽から比較的遠く離れているガス惑星は、最初から一度に破壊されることはなく、運良く生き残り、白色矮星となった太陽の傍らを黙々と守っていることだろう。そしてその時が来れば、私たちの太陽系も誰かにとって一つの巨大な宇宙の瞳となり、彼らをあてもなく見つめ続けることになるだろう。らせん星雲は、最も美しいダイイングメッセージであり、50億年後の私たちの運命をあらかじめ見せてくれる鏡のようなものだ。
参照
https://chandra.cfa.harvard.edu/press/25_releases/press_030425.html
https://academic.oup.com/mnras/article/536/3/2477/7922854?login=false
筆者チ・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たい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を通じた進化を研究し、講演や執筆など様々な科学コミュニケーション活動を行っている。『サム（Some）乗る天体観測所』、『一日中、宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。