[비즈한국] 冬の夜空で最も有名な名所の一つにプレアデス星団があります。おうし座付近で、ひときわ青い星々が一つだけでなく、いくつも寄り添って輝いている姿を見ることができます。長い間、プレアデスは最も明るく見える7つの星から「七姉妹（七人の姫）」と呼ばれてきました。ところが最近、プレアデスにはなんと数千もの親戚の星たちが隠れていたことが明らかになりました。それどころか、プレアデスを構成する星々は天の川に劣らず、空全体にわたって非常に長く伸びているのです。
プレアデスは、単に近くに集まった散開星団程度だと考えられてきました。肉眼では7つほどの明るい星が見えますが、約15光年ほどの狭い範囲内に約1000個の若い星々がまばらに集まっている場所だと考えられていました。しかし、今回の発見は私たちが持っていたプレアデスへの理解を根底から覆しました。プレアデスを構成する星は少なくとも3000個以上存在します。その上、プレアデスの大きさも私たちが知っていたものより少なくとも20倍は巨大です！
銀河系の星々は、巨大な分子ガス雲の中で誕生します。ガス雲が重力収縮を起こしながら、その中で次々と若い原始星が生まれます。巨大な雲がより小さな断片へと分かれる過程を経て、一つの巨大な分子雲のあちこちから新しい星が一度にいくつも誕生するのです。時が経ちガスが晴れると、生まれたばかりの青く熱い若い星だけがまばらに集まった散開星団の姿になります。プレアデスもこのように誕生した散開星団の一つです。
散開星団で暮らしていた同い年の若い星たちも、永遠に一緒にいられるわけではありません。銀河系の重力に縛られて大きな軌道を描きながら回転するうちに、銀河全体の重力によって星団の形が崩れ、一部の星が星団の外へとこぼれ落ちていくことがあります。童話のヘンゼルとグレーテルが歩いた道にパン屑をこぼしていくように、崩壊しつつある星団も自身の軌道に沿って星々をこぼしていきます。プレアデスもこうした過程を経て、かつて集まっていた構成員たちを銀河系の空間に撒き散らしてきたのでしょう。
天文学者たちは、TESS（トランジット系外惑星探索衛星）とGaia（ガイア）という2つの宇宙望遠鏡を活用し、約1ヶ月にわたって夜空の隅々まで調べ、プレアデスの親戚を探し出しました。Gaiaは銀河系内の無数の星々の精密な距離を測定するのに非常に優れた望遠鏡です。2014年から2025年までのミッション期間中、Gaiaは天の川に沿って輝く8億8000万個もの星々の精密な3次元地図と動きを把握しました。面白い点は、TESSはもともと他の星を回る系外惑星を探す目的で打ち上げられた望遠鏡だということです。先立って活躍したケプラー宇宙望遠鏡と同様に、星の周囲を巡る系外惑星によって星の光が周期的に遮られ暗くなる「トランジット現象」を活用します。
しかし、星の光が周期的に暗くなるのは系外惑星以外の理由でも起こります。代表的なのが星の表面にできる黒い染み、黒点です。黒点がある星が自転し、黒点がある側を向くと、星は一時的に暗くなります。星の光がどれほど頻繁に暗くなるかを測定すれば、星がどれほど速く自転しているか、つまりどれほど頻繁に黒点のある側が見えるかという「自転周期」を知ることができます。系外惑星のシルエットを見るために作られた宇宙望遠鏡が、意図せずして星の自転周期という新しい情報まで把握するようになったのです！
星の自転周期は非常に重要です。通常、星は年をとるにつれて疲れ、自転速度も遅くなります。星がどれほど速く、あるいは遅く自転しているかを測れば、間接的に星の年齢を推定する基準になります。天文学者たちはまさにこの原理を活用して、プレアデスの失われた親戚たちを見つけ出したのです！
プレアデスの星々は約1億年前に誕生しました。同時期に生まれた親戚の星がどこかに隠れているなら、現在のプレアデスに属する星々と化学組成が似ているだけでなく、年齢も1億年程度で同じはずです。また、プレアデスが描く軌道とほぼ類似した軌道に沿って動いていなければなりません。
天文学者たちはGaiaとTESSで天の川の中の星々をくまなく探しました。そして、プレアデスとほぼ似た軌道に沿って同じ速度で動く候補星を選び出しました。次に化学成分を比較しました。最後に、TESSの黒点観測を通じて把握した各星の自転周期に基づき、現在の自転周期が1億年前に生まれてからその分だけ遅くなったと見られる星を選び出しました。星の軌道、化学組成、そして自転周期の変化から導き出した年齢まで、3つの要素が完璧に合致する星だけを選び出したのです！これらすべてが偶然に完璧に一致する確率は極めて低いです。すべての要素が合致するなら、非常に高い確率でプレアデスと起源を同じくする星だと見なせます。
そうして新しく発見された星がなんと3000個にもなります！さらにこれらの星々は、私たちが親しんでいるプレアデスの領域をはるかに超えて、天の川に沿って夜空に長く巨大な帯を描きながら続いています。
プレアデスは今から約1億年前、現在よりもずっと密集し、高い密度で星々が寄り集まって誕生したはずです。現在のオリオン星団を構成する星々のように。しかし時間が経つにつれ、早くに進化を終えた星が超新星爆発を迎え、その余波で多くの星が星団の外へと散らばりました。また、過去1億年の間、星団が銀河空間を高速で移動しながら、銀河系全体の重力や潮汐力により星団が長く引き伸ばされ、解体される過程を経たのです。そうしてこぼれ落ちた星々が、プレアデスの通り道に沿って長く残ることになりました。ただ他の星々や天の川の中に埋もれていたために、長い間その姿に気づくことができなかっただけなのです。
今回の発見は、なぜプレアデスまでの距離を正確に測るのが難しかったのかについても重要な手がかりを提供します。プレアデスは、その知名度の割に意外と正確な距離がわからない天体です。初期の測定では距離を約430光年と推測しましたが、その後ヒッパルコス宇宙望遠鏡がより短い390光年という数値を出し、論争が始まりました。しかし、これはプレアデス星団自体が長く引き伸ばされ、解体される途中であるために生じる誤解かもしれません。あいにく解体されながら星団内の星々の分布が長く伸びた方向が、地球から見た視線方向と平行だったのです。一見すると星々が狭い領域内にしっかり集まっているように見えますが、それを横から見れば非常に長く引き伸ばされた姿かもしれません。つまり、距離を測る際にどの星を基準にするかによって、星団までの距離がまちまちになってしまうのです。
今回の発見は、星の自転周期で把握した年齢を、銀河系の星々の地図を描き、その起源を把握することにも多様に活用できる可能性を示しています。実は銀河系を取り巻く星の流れについては、これまで高齢の球状星団や矮小銀河についてばかり語られてきました。年老いた星は化学組成がはるかに容易に区別でき、球状星団は銀河円盤の他の若い星と異なり、軌道がよりはっきりと区別できるためです。銀河円盤で生まれた若い星は一斉に円盤上で軌道を回るため、誰がどこに属し、どこで生まれた星なのかを区別するのが困難です。一方で、球状星団は銀河円盤を離れて銀河ハローの中を駆け回り、明らかに異なる軌道を描きます。そのため、通常星団や矮小銀河が解体されて残った星の尾や痕跡を語る際、高齢の球状星団に注目が集まっていました。
ところが今回の発見は、星の自転周期を活用して比較的若い星、散開星団を構成する星々の年齢を把握し、起源を区分することが可能であることを示しました。さらに、もともとは系外惑星を狩る目的で打ち上げられた宇宙望遠鏡のデータを利用して、本来の意図とは異なるユニークな発見を導き出した点も非常に奇抜です。長い間、銀河系の古い歴史を解明するために使用した手法を、今やより最近の銀河の「近代史」を理解するツールとして使えるようになったのです。
今夜、冬の空に青く輝くプレアデスをもう一度見上げてみましょう。そして目には見えませんが、その前後を長く引き伸ばされたプレアデスのもう一つの構成員たちを思い浮かべてみてください。片方の地平線からゆっくりと視線を回しながら、反対側の地平線まで追っていき、プレアデスが解体されながらこぼしていった数多くの星の尾を想像します。私たちの頭上で鮮やかな天の川の川筋が、プレアデスが残した小川と一緒に流れていく様子を感じられることでしょう。
参考
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae0724#sidr-main
https://science.nasa.gov/missions/tess/nasas-tess-spacecraft-triples-size-of-pleiades-star-cluster/
筆者チ・ウンベは？ 猫と宇宙を愛する。幼い頃に『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。現在は世宗大学自由専攻学部助教授として、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。『毎日宇宙の一欠片』、『星が輝く宇宙の科学者たち』、『行けないけれどわかる』、『宇宙を見ると浮かぶ不思議な質問たち』などの著書があり、『本当の宇宙を旅するヒッチハイカーのためのガイドブック』、『私はどうして冥王星を殺したのか』、『クォンタム・ライフ』、『コスミグラフィック』などを翻訳した。