旅cafe

旅行会社の元社員が書く旅日記です…観光情報、現地の楽しみ方、穴場スポットなどを紹介します。…当ブログ記事は転載OK…リンクを貼っていただけるなら遠慮なくお好きにお使いください。

超新星を見つけ出せ! Itagakiの挑戦

f:id:tabicafe:20200401092901j:plain

NHKコズミックフロント COSMIC FRONT
超新星を見つけ出せ! Itagakiの挑戦

太古から人類を魅了してきた金、美しく輝くこの金属は宇宙で生まれました…しの誕生の舞台となるのは、一つの銀河に100年に1度しか起こらない超新星爆発です…星の長い一生の最後に起こる巨大な爆発です。

太陽の数億倍の輝きの中で様々な物質が生み出されます…。

天文物理学者
「もし宇宙を理解したいならこの世界を形づくる元素の事をしらなければなりません…その元素は超新星で生まれました…だから超新星を研究するのです」

様々な物質を生み出す超新星爆発、今その研究に多くの科学者が挑んでいます…毎年発表される超新星の論文、その中に度々登場する一人の日本人がいます。…K.Itagakiたった一人で60個の超新星を発見した超新星ハンターです。

NASA研究者
「Mr.Itagakiは、大きの超新星を発見しました。彼の情報は常に信頼できます」

天文学者
「板垣さんの発見は、超新星に関するそれまでの理解を大きく変えました…」

世界中の科学者を驚かせる超新星ハンター、板垣公一さん…実は板垣さんはアマチュアの天文家、山形で豆菓子屋を営みながら趣味で超新星を探し続けています。

一人のアマチュア超新星ハンティングから宇宙最大の謎、超新星爆発の真の姿に迫ります。


Front 1 アマチュア超新星ハンター

山形県蔵王、アマチュア天文家・板垣公一さんは、毎日のように山に向かいます…自宅から車で20分、やってきたのは板垣さんが個人で作った天文台です。美しい星空を求めて探し回った末、30年ほど前ここにドームを設けました。

f:id:tabicafe:20200401092844j:plain

一つまた一つと望遠鏡を増やし、今では大小4つのドームが並ぶようになりました…こちらのドームにあるのは、直経センチの望遠鏡、14年前に別のアマチュア天文家から中古で譲ってもらいました。

そしてここは、板垣さんが超新星ハンティングをする現場、パソコンが10台以上ひしめき合っています。

f:id:tabicafe:20200401092909j:plain

板垣さんは、ここで夜通し超新星を探し、次の日はここから仕事場へ向かいます…夜、板垣さんが超新星を探し始めます。方法は…望遠鏡を使って夜空の写真を撮り、過去の写真と見比べて行きます。

気が遠くなるほど同じ作業・・地道な作業の繰り返しです。

マチュア天文家 板垣公一さん
「うやー…これは本当にね…そうやってね探してるのが好きなんですよ…本当にねそれだけ」…と山形弁で楽しそうに板垣さんは話しました。

マチュア天文家 板垣公一さん
「これがね、今まで一番、難しかったやつ2005年CZってやつ」

ほんの薄っすらと浮ぶ超新星の白い点、…他の誰も見つけ出せなかった非常に暗い超新星を板垣さんは見逃しませんでした…この発見は、天文学に大きな貢献をすることになります。

広大な宇宙に散らばる無数の銀河、銀河の中には太陽のように自ら光を放つ星、恒星が1000億個もあります。恒星は重さによって異なる最後を迎えます。

1.小さくて軽い恒星は、年老いて巨大化した後、燃え尽きて穏やかに死を迎えます。
2.大きくて重い星は、年老いると更に巨大化します。燃料を使い果たすと恒星は、自らの重力に耐え切れず、大量の物質が中心に向かって落下、中心核に跳ね返り、外側にくかって一気に弾け飛びます…これが超新星爆発です。

理論計算によれば、超新星爆発を起こすのは太陽の質量の8倍以上と予想されています…しかし、これまで観測されていたのは、12倍より、重い星だけでした。

f:id:tabicafe:20200401092836j:plain

もし、理論計算が間違っていたとすれば、現在の物理の法則を根底から見直さなければならない大問題です。…広島大学の川端准教授は板垣さんが見つけた非常に暗い超新星に興味を持ちました。

ちょうど、その時、川端准教授は、ハワイにあるすばる望遠鏡で観測する時間を持っていました…この超新星を調べる絶好のチャンスです。

広島大学 宇宙科学センター 川端弘治 准教授
すばる望遠鏡の時間というのは、非常に貴重でこの機会を逃すと超新星は暗くなって観測できない状態になってしまいます…是非、観測してやろうと、そんな気持ちでしたね」

f:id:tabicafe:20200401092853j:plain

すばる望遠鏡でこの超新星を観測すると他にはない特徴が見つかりました…青い線はこれまでに観測されてきた観測結果です…そして赤は、すばる望遠鏡で観測した今回の結果、表は酸素の量を表しています…酸素の量から星の重さを割り出します。

すると太陽の8倍から10倍の重さの星であることがわかりました。理論的に予想されながらこれまで発見できなかった超新星がついに見つかったのです。

f:id:tabicafe:20200401092917j:plain

この結果は、論文にまとめられ、世界的な科学雑誌、nature(ネイチャー)に発表されました…理論が予想していたとおり、太陽の8倍程度の星も超新星爆発することが明らかになったのです…論文には、この発見の功労者である板垣さん(K.Itagaki)の名も記されています。

板垣さんが星に興味を持ったのは中学生の時、ある新聞記事がきっかけでした…当時19歳の池谷かおるさんの彗星発見のニュースです。

マチュア天文家 板垣公一さん
「新聞にね大きく載ってたんですよ…そのタイトル『少年が彗星を発見!』そういう見出しで載ったわけ、新聞を見ましてね、これが凄いと、こんなことも出来るんだと、カッコイイなーと思ったわけ」

早速、彗星を探し始めた板垣さんですが中々、彗星は発見できませんでした…2000年、板垣さんは30年近く続けた彗星探しを諦め、超新星に鞍替えしました。…すると今度は、1年ほどで最初の超新星を発見、その後も立て続けの発見ラッシュとなりました。

…そして板垣さんの観測所には、日本天体学会が天体発見者に贈る賞状とメダルの山が出来たのです。…板垣さんは2011年夏までに69個の超新星を発見しており、節目となる70個目に向けて熱心に探し続けています。


Front 2 ライバル登場!

長い間、超新星の探索は、板垣さんのようなアマチュアが中心にで行われてきました…しかし、ここ数年、プロの天文学者が参入し、強力なライバルとなっています。

超新星ハンティングの世界最大のプロジェクトが行われているのがカルフォルニア工科大学です…夜9時過ぎ超新星を探しているはずのメンバーは、リラックスした様子で大学の一室にいました。

ここでは、機械的に全て自動で超新星の候補を探す出すシステムが確立されています…その絞り込まれた候補から超新星を抜き出せば良いのです。

一晩で80個の候補が見つかり、その中で10個は超新星が見つかるという驚異的なペースで超新星が見つけられてゆくのです。

プロジェクトの名前は、パロマー・トランジェント・ファクトリー…ファクトリーまさに工場です。プロジェクトは、イギリスやイスラエルなど世界6ヶ国の研究機関と協力して24時間体制で超新星を探し続けているのです。

こうした徹底した探索で2009年からの僅か2年間で1000個を超える超新星を発見しました…多くの科学者たちが協力して超新星を探し求めているには理由があります。

f:id:tabicafe:20200401092942j:plain

カルフォルニア工科大学 シュリニヴァス・クルカルニ教授
「何故、超新星が必要かといいますと答えは簡単です…もし、超新星が無ければ私たちは存在しないのです…」

実は、超新星爆発こそだ我々の世界を形作っている様々な物質の源だと考えられているのです。


Front 3 超新星は元素の製造工場

137億年前のビッグバン、生まれたばかりの宇宙には、水素、リチウム、ヘリウムのたった3つの元素だけでした…一方、我々の地球を見ると生命を育む炭素や酸素、文明に欠かせない鉄など様々な元素が存在します。

f:id:tabicafe:20200401092952j:plain

こうした元素は、どこで生まれたのでしょうか?…表は周期表と呼ばれる元素のカタログです。実はこの並びは、ほぼ宇宙で誕生した順番になっています。

ビッグバン直後に存在した3つ元素は、最も軽い元素です…これを材料に太陽のような輝く星、恒星が生まれます。リチウムより重い元素はこの恒星の中で作られました。

恒星の中心部では、軽い元素を材料として炭素や酸素などより重い元素が次々と合成されていきます…こうして作られた様々な元素が超新星爆発によって宇宙に巻き散らかされます。…この星屑を材料として現在の世界、そう地球や私たち自身が作られたのです。


Front 4 爆発の瞬間の謎に迫る

超新星爆発の役割は、単に物質をまき散らすだけではありません…実は爆発そのものにも重要な役割があります。星の内部では、温度や圧力が足りないため、鉄より重い元素は合成できません。

それより重い金・銀・銅を始めとする元素は超新星爆発の瞬間に作られると考えられています…しかし、爆発の瞬間に起こる現象には、未だ数多くの謎があります。

f:id:tabicafe:20200401092924j:plain

埼玉県和光市の地下に建設された実験施設、RIビームファクトリー理化学研究所、今ここで超新星爆発の瞬間に迫る実験が行われています。この装置は、ウラン原子核を秒速20万キロメートル以上に加速させる事ができます。

理化学研究所 西村俊二 研究員
「鉄より重い元素、これは超新星爆発によって作られたと考えられています。そこで我々はこの加速機を使って過去、元素が作られた超新星爆発の再現を行なっています」

鉄より重い元素が生まれる仕組みを鉄からコバルトへの変化で見てみましょう…超新星爆発の瞬間、星の内部では大量の中性子が発生します。この中性子が鉄の電子核に衝突すると原子核は、どんどん大きくなります。

中性子が多くなった原子核は不安定となり、中性子は陽子へと変化します…陽子が増えたことで鉄はコバルトになりました…こうした反応を繰り返すことでニッケルや銅、更に金などの重い元素が次々と作られていくのです。

しかし、この反応が可能となるのは、超新星爆発の瞬間、僅か数秒です…一瞬のうちに鉄より重い元素、全て合成するためには、一連の反応が極めて早くなければなりません。僅か数秒のうちに重い元素を全て合成出来るのか…現在反応速度を図る実験が行われています。


Front 5 発見なるか!? 70個目

世界屈指の超新星ハンターとして知られるアマチュア天文家の板垣公一さん…パロマの全自動プロジェクトからは、超新星発見の報告が次々と報告されます。

f:id:tabicafe:20200401092933j:plain

マチュア天文家 板垣公一さん
パロマパロマパロマ…1ヶ月で10個も発見しています…凄いですよやはり、大学の専門チームがやっているわけですからね」

8月27日、板垣さんが超新星らしき星を発見したという知らせが入りました。…雲の切れ間のウサギ座に現れた微かな点、発見した中でもかなり暗いものでしたが見逃しませんでした。

板垣さんは、発見した超新星の候補を国際天文学連合に報告しました。…星の位置と明るさ、発見された時刻が記されています。…しかし、この発見が認められるかは、他の人の確認を経なければなりません。

マチュア天文家 板垣公一さん
超新星で無かったということもたまにはあるからね…うまく確認されるといいんだけどね」

これが認められれば板垣さんにとって通算70個目の超新星発見となります。


Front 6 大発見!

プロによる大規模捜索が行われるようになり、アマチュア天文家が超新星を発見するのは年々難しくなってきています。しかし、板垣さんの超新星発見に対する情熱は、全く衰えません。

f:id:tabicafe:20200401093000j:plain

その原動力となっている一つの星があります…超新星2006JC、この星の発見は、プロの天文学者を大いに驚かせました。

マチュア天文家 板垣公一さん
「2004年の秋の10月17日の話なんだけどね…最初は超新星かな?と思ったんですよ」

2004年10月17日、板垣さんは、UGC4904銀河に光る点を見つけます…しかし、その光は暗く、超新星かは自信が持てませんでした。

板垣さんは、九州大学の山岡均さんを頼ります…山岡さんは、日本のアマチュア天文家の世話役的存在です。

九州大学 理学部 山岡均 助教
アメリカの国際天文学連合の天文電報中央局に確認依頼を投げて、こういう天体を板垣さんが報告してきているだけど…という事を2004年に送りました」

しかし、この星は、10日ほどで暗くなり、完全に消えてしまいました。…板垣さんの他に観測していた人もなく、爆発したかさえ確認されませんでした。

九州大学 理学部 山岡均 助教
「まあ、1週間チョットぐらいで暗くなってしまったので、その後は観測する人がいなかった…これはしょうがないな…と僕は思っていましたけれども…」

あれは、いったい何だったのか!…板垣さんは何も映らなくなったこの銀河にこだわり続けます。

こうして2年が経ちました。…そして2006年10月10日、…。

マチュア天文家 板垣公一さん
「なんだこれは!…よく目を疑うなんて言葉があるけどびっくり仰天!…とんでもなく明るい奴がピカっと光ってるんです」

こだわり続けた銀河に現れた超新星、それまでに見たこともない明るさでした…しかも位置は2年前のあの星とほぼ同じです。

九州大学 理学部 山岡均 助教
「板垣さんからメールがきまして、2004年に出現した位置のすぐそばに明るい超新星が出ましたと送ってきました…実は、前のやつと関連があるとは、すぐには思いませんでした」

超新星2006JC、この発見は、すぐに世界中の研究社に伝えられます…。

最初に興味をいだいた研究者の一人、イタリア・パドヴァ天文台アンドレア・パストレッロさん…2006JCの報告を聞いたパストレッロさんは、2回の爆発の位置を正確に調べたいと考え、板垣さんから画像を取り寄せました。…その画像を見て鮮明さに驚いたといいます。

f:id:tabicafe:20200401093011j:plain

イタリア・パドヴァ天文台 アンドレア・パストレッロ研究員
「板垣さんの写真なら科学的分析に十分だと確信しました」

早速、分析を始めたパストレッロさん、2004年、2006年の爆発の位置を画像から正確に割り出しました。

イタリア・パドヴァ天文台 アンドレア・パストレッロ研究員
「板垣さんの2年前の画像と今回の超新星を分析すると、その位置は完全に同じだとわかりました」

同じ場所ということは、同じ星が2度爆発したのではないか…常識ではありえない超新星爆発に世界中の研究者が色めき立ちます。アメリカではNASAの研究チームが動き出しました。

f:id:tabicafe:20200401093028j:plain

ステファン・イムラーさんは、この超新星2006JCを最新の天文衛星で観測しました…天文衛星スウィフトは、地上では観測できないX線などで天体をとらえる宇宙望遠鏡です。

スウィフトが2006JCに向けられました…

NASAゴダード宇宙飛行センター ステファン・イムラー研究員
「観測を始めると驚くような事が起こりました…可視光や紫外線では、だんだん暗くなってゆくのにX線だけは、どんどん明るくなっていったのです…こんな現象は前代未聞です」

超新星爆発の後で日を追う事に強さを増すX線…これは何を意味しているのか?…一方、パストレッロさんのチームも地上からの観測を続けていました。超新星のスペクトルを毎日のように取り続けます。

イタリア・パドヴァ天文台 アンドレア・パストレッロ研究員
「あの時は、世界中の望遠鏡で観測しました…」

f:id:tabicafe:20200401093037j:plain

するとスペクトルにも奇妙な変化が現れました…観測を続けると最初は、殆ど現れなかったヘリウムを現す線が日毎に強くなっていきました。

次第に強くなるX線とヘリウムのスペクトル…分析を続けた2つのチームは同じ結論に達します。

イタリア・パドヴァ天文台 アンドレア・パストレッロ研究員
「ヘリウムは、爆発した星の回りに漂っていました…これは2年前、板垣さんが撮った爆発で巻き散らかされた物質に違いありません」

NASAゴダード宇宙飛行センター ステファン・イムラー研究員
超新星の衝撃波が2年前の爆発の残骸にぶつかっているところを見たのです」


観測で明らかになった超新星2006JCで起こった出来事です…
超新星の元となった星は、太陽の30倍という質量を持った巨大な星でした…こうした星が年老いて膨らむと外側の層が少しづつ吹き飛ばされ、星の内部が露出していきます。

非常に温度が高い内部が剥き出しになった星は、青く強烈な光を放つようになります。

f:id:tabicafe:20200401093019j:plain

すると圧力で星の表面が不安定となり、絶えず爆発を繰り返します…そしてあるとき星の表面で非常に大きな爆発が起きました。…これが板垣さんが2004年に観測した光です。

爆発で表面にあったヘリウムガスが飛ばされ、星を包むように広がります…それから2年後、星は最後の時を迎え超新星爆発を起こします。

秒速9000キロで広がる衝撃波が2年前の爆発で放出されたヘリウムガスに追いつき衝突します…衝撃波のエネルギーでヘリウムは100万度以上に加熱され、X線を放出、これがイムラーさんがとらえたX線です。

そして温められた大量のヘリウムは光を放ち、パストレッロさんが観測したスペクトルの数値として現れたのです。

超新星2006JC同じ星が2度爆発するという観測史上初の大発見となりました…これは、何も見えない銀河にこだわり続けた板垣さんの観測があったからこそ見つかった事なのです。

板垣さんの発見をきっかけに星の最後はそれまで常識とされてきた1回だけの大爆発だけでないことが明らかにされました。…更にその後の研究からこうした複雑な爆発は、超新星が撒き散らす元素にも影響を与えることも分かってきました。

野本憲一教授のグループは、超新星2006JCから放出された元素の量を理論に基づきシュミレーションしました…すると今回のような爆発が私たちの生命に欠かせない炭素の起源になった可能性がわかりました。

2006JCのように外側の層を失ってから超新星爆発をすると星の中心部に蓄えられていた大量の炭素が宇宙空間に放出されます。

f:id:tabicafe:20200401093046j:plain

超新星2006JCタイプの爆発は炭素をより多く排出し、新たな生命の種を撒き宇宙を豊かにしていたのです。

東京大学 数物連携宇宙研究機構 野本憲一特任教授
「宇宙においては、単純に一つの爆発現象で全てが決まったというわけではなくて、いろんなタイプの爆発により、いろんな元素が作り出されて混ざり合って私たちの体を作っているという、非常に壮大な流れの中で作られてるわけです」

地球上に存在する数多くの元素、それは様々なタイプの超新星爆発が宇宙に放った元素を元に出来ています…宇宙137億年の歴史の中で幾度となく繰り返された超新星爆発、そのおかげで私たち世界が形作られたのです。


エピローグ 観測は続く

9月、板垣さんの天文台を再び訪ねました…あの発見報告は、超新星と認められたのでしょうか?

マチュア天文家 板垣公一さん
「今年の2011のFIなんていう名前になりましてね超新星と認められました…やりました…通算70個です…いちアマチュアの私のような者が見つけたものをデッカイ望遠鏡でかなり時間をかけて観測してくれたわけです…天文学という学問に少しは役にたてたのかなと…まあ、少しはその気になって、またやるぞ!という気になるんですよ」

f:id:tabicafe:20200401093053j:plain

板垣さんをとらえて離さない超新星、その宇宙最大ともいわれる爆発は、様々な元素を生み、地球をそして私たちを育みました…今日もその爆発は広大な宇宙のどこかで起きています。

超新星に迫る板垣さんの挑戦は、今夜も続いています。

 

 

 

 

www.tabi.cafe

www.tabi.cafe