[비즈한국] 2019年、ベテルギウスが突然暗くなった。肉眼で見ても分かるほどだった。ベテルギウスは寿命が残り少ない超新星候補の星である。人々はベテルギウスがついに爆発を控え、最後の不安定な時期を迎えているのではないかと期待した。しかし、2019年も、2020年も、そして現在に至るまでベテルギウスには何も起きていない。2019年に目撃された急激な減光の全貌は、後に明らかになった。
ベテルギウスはもともと不安定に揺らめいている。当時はベテルギウスが表面から莫大なコロナ物質を放出し、それが宇宙空間で急速に冷えて星の光を遮る巨大な塵の雲となったのだ。その後ベテルギウスは元の姿に戻り、死を前にした近距離での超新星爆発という華やかな花火を期待した人々は失望した。
ベテルギウスの不安定な揺らぎは以前からよく知られていた。ベテルギウスの明るさの変化には、大きく分けて2つの異なる周期で揺らぐ振動が混ざっている。基本的には約420日周期で増減する変光パターンがある。これが基本モードと見られる。それに加えて、約2100日という遥かに長い周期でゆっくり振動する小さな振動が混ざっている。2つ目の変光モードがなぜ起きるのかは、これまで謎だった。一部の天文学者は、ベテルギウスの周辺に別の伴星が隠れているのではないかと推測していた。つまり、ベテルギウスは実は連星だということだ。しかし長年、その伴星の正体を確認することはできなかった。
ところが最近、ついにベテルギウスの伴星を直接観測したと思われる驚くべき写真が公開された！今回の発見が事実と確認されれば、ベテルギウスは独りで揺らめきながら死にゆく孤独な超巨星ではなく、傍らで自身の臨終を見守るパートナーがいるということになる。
ベテルギウスの明るさの変化に見られる2100日周期のパターンをどう説明できるだろうか？ベテルギウスは星自体が非常に不安定であるため、星全体をひっくり返すような巨大な対流が起きる。太陽の表面に大小の粒状斑が見えるように、ベテルギウスの表面にも巨大な対流セルが形成されているはずだ。しかし、対流セルだけでは一定周期のパターンを説明しにくい。対流は場所によってランダムに発生するからだ。
星の表面にある巨大な黒点のせいだと考えることもできるが、ベテルギウスの場合は説明がつかない。黒点は星の表面で相対的に暗くぬるい領域だが、2100日周期の変光モードは、赤くて暗い波長よりも熱くて青い波長でよりはっきりと現れるからだ。また、黒点を引き起こす主要な原因の一つである磁場の変化をモデル化してみても、ベテルギウスの磁場は2100日より長い周期で変化するため、単純に黒点だけで説明することはできない。
結局、天文学者たちは長周期の変動が、ベテルギウスの傍らに潜む伴星によって生み出されていると推測し始めた。伴星とベテルギウスが周期的に互いを隠し合うことで、全体の明るさが変化するというのだ。ベテルギウスは星の大気圏が広く広がっている。星の外側に吹き飛ばされた物質が、伴星の軌道まで広がっている。その塵の雲の中を縫うように伴星が一緒に回っている。そのため、伴星がベテルギウスの前を横切る際に暗くなるのではなく、逆に明るくなる方式で変化し得る。伴星がベテルギウスの前を遮っていた塵の雲を払いのけてくれるからだ。
ベテルギウスは非常に明るく有名な星であるため、17世紀から観測されてきた。天文学者たちは約100年、1世紀にわたる膨大なデータを分析し、2100日周期の変光パターンが非常に安定して維持されてきたことを発見した。これは、変光パターンがランダムに起きる星表面の対流や爆発によるものではなく、安定した周期で公転する伴星によるものであると疑うべき重要な証拠となった。
当時、天文学者たちはベテルギウスの長周期パターンをもとに視線速度を推定した。これを根拠に、少なくとも太陽質量の半分から1倍の伴星が、ベテルギウスからわずか8AUほど離れていると推測した。しかし、この推測は大きな反響を呼ばなかった。ベテルギウスのように眩しく激しく揺らめく星の傍らに、これほどまでに密着した伴星が存在するなら、そもそも探し出すこと自体がほぼ不可能だからだ。
実際、ベテルギウスはハッブル宇宙望遠鏡、ケプラー宇宙望遠鏡、ガイア宇宙望遠鏡など、複数の宇宙望遠鏡ですらまともに直視できない星だ。あまりに明るすぎて、望遠鏡が見ることができる最も明るい星の限界等級を遥かに超過しているため、写真に収めることすらできない。そのため、正確な距離も実はまだ分からない。（距離測定の誤差が非常に大きい星の一つである。）このように超新星爆発を控えて眩しく輝く巨大な星の傍らに、仮に伴星があったとしても、その実体を突き止めることは非常に難しいだろう。したがって、その伴星を見つけるには、より小さな角度まで細かく判別できる鋭い眼を持った望遠鏡が必要だ。
ところが最近、驚くべき試みがなされた。ハワイのジェミニ北望遠鏡には、このように密着した二つの天体を判別するために、超高分解能観測装置「アロペケ（Alopeke）」が搭載された。「アロペケ」とはハワイ語で狐を意味する。アロペケは長時間露光ではなく、非常に短い14ミリ秒以内の露光撮影を通じて、リアルタイムの大気揺らぎによる効果を最小限に抑える。望遠鏡の光学装置の回折により判別不可能な最大の回折限界に挑むのだ。そのおかげで10ミリ秒角以内の小さな角度まで判別できる。現存する単一望遠鏡の中では最高レベルの分解能だ。
アロペケを通じてベテルギウスを覗き込んだ結果、ついにその傍らに隠れている伴星と疑われる何かが現れた。上の写真で黄色く輝くベテルギウスのすぐ隣に青いシミが写っており、誰もが待ちわびた「ベテルギウスの伴星が存在するはずの場所」とまさに一致する。観測画像を通じて推定されたこの伴星は、質量が太陽質量の約1.6倍で、ベテルギウスからわずか4AUの距離にある。太陽と木星の間よりも近い。伴星はベテルギウスの周りを5.94年周期で回っているようだ。ただし、今回の観測で確認された伴星の信頼水準は1.5シグマに過ぎない。確実な存在と判断するにはまだ程遠い。しかし、多くの人が伴星がいるはずだと考えていたまさにその軌道で何かが発見されたという点は興味深い。
今回発見されたベテルギウスの伴星候補には面白い名前が付けられた。ベテルギウスは「巨人の脇の下（または手）」を意味する。夜空の狩人オリオンの片腕という意味だ。そこで今回発見された伴星には、アラビア語で腕輪を意味する「シワラ（Siwarha）」という名前が与えられた。巨人が腕に付けた腕輪という意味だ。シワラはまだ主系列星段階、つまり太陽のように中心で水素核融合をする段階にも入っていない非常に若い星のようだ。主系列星に至る前の段階に相当する「青い前主系列星」と見られる。そのためより青い青白色に輝き、内部で本格的な水素核融合も始まっていない。ベテルギウスの2100日周期の長周期変光モードが、特に青い波長で際立っていたという点も、今回の伴星シワラで容易に説明がつく。
今後、より巨大で感度の高い望遠鏡が設置されれば、ベテルギウスが隠していたパートナーの正体が明らかになるだろう。今回の観測もアロペケ装置の限界に挑んだからこそ、その痕跡を辛うじて見つけることができた。シワラの楕円軌道を推定すると、次回は2027年11月頃、ベテルギウスから最も離れることになる。この時期が最も観測に適したタイミングとなるだろう。ベテルギウスとシワラがある程度離れているため、両者をより鮮明に区別できるはずだ。
ベテルギウスは今後1万年以内に超新星爆発を起こす確率が非常に高い。ベテルギウスが爆発すれば、傍らにいたシワラは粉々に砕け散るか、それ以前に巨大に膨らんだベテルギウスに飲み込まれてしまうかもしれない。いずれにせよ、私たちがシワラの存在を確実に確認できる時間はそう長くはない。少なくとも1万年以内に、巨人の腕輪が消える前に急いでその存在を確認しなければならない。死を目前に控え、最期に向かって突き進むベテルギウスが、なぜあれほどまでに異常に揺らめき、荒々しい姿を見せていたのか、ようやくその事情が少し理解できるようになった。ベテルギウスは独りではなかった。片側に腕輪を纏った連星だったのだ。
参考
https://noirlab.edu/public/programs/gemini-observatory/gemini-north/alopeke/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad93c8
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad87f4
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abf3c9
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adeaaf
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広めるという夢を持つようになった。現在、延世大学校銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室にて、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（Some）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。