超新星爆発に含まれる奇妙な元素は地球外生命体に影響を与える可能性がある

私たちの銀河系で爆発した星として知られている中で最も若いカシオペア座 A の中に隠されており、天文学者らは驚くほど高レベルの塩素とカリウムを発見しました。これらの元素は原子核に奇数の陽子を持っており、宇宙にはそれほど豊富ではないと考えられていますが、惑星の形成と生命システムには不可欠です。これは、カシオペア座 A の発見が、天の川銀河のどこで地球外生命体が発見されるかについて影響を与える可能性があることを意味します。

爆発した星、つまり超新星残骸には、酸素やマグネシウムなどの元素が豊富に含まれており、その核には偶数の陽子が含まれています。奇数の陽子を持つ原子核（「奇数 Z」元素に属する原子核）は本質的に安定性が低いため、星の核融合中に生成される可能性が低くなります。これは、私たちの銀河の化学進化のモデルに反映されており、通常、奇数 Z 元素のレベルは非常に低いと予測されます。

「[As a result] これらの奇数 Z 元素の起源は長い間不明でした」と、日本の京都大学の松永海氏は言う。

松永氏と同僚は、高分解能 X 線分光法が謎を解くための一歩となる可能性があることに気づきました。超新星残骸の激しい熱の中で、原子は電子を失い、高感度の検出器が検出できる明確な X 線指紋を放出します。 2023 年 9 月に打ち上げられた X 線画像分光ミッション (XRISM) は、適切な感度の検出器であり、2023 年 12 月にカシオペア A を 2 回観測しました。

各元素がどれだけ存在するかを推定するために、研究者らは、奇数 Z 元素からの微弱な信号を、硫黄やアルゴンなどの偶数 Z 元素からのより強い信号と比較し、奇数 Z 元素をより正確に読み取るための安定した基準点として使用しました。

その結果、カシオペアA超新星は標準モデルの予測よりもはるかに多くの塩素とカリウムを生成したことが示された。これは、広く使用されているモデルの一部がカシオペア座 A の特定の条件と一致しないため、理論家は大質量星がこれらの希少元素をどのように生成するかを再考する必要がある可能性があることを示唆しています。

「著者らは自分たちの観察が以前のモデルと矛盾していることを強調しているが、状況はより微妙なものだ」と、この研究には関与していないカリフォルニア大学サンタクルーズ校のスタン・ウースリー氏は言う。 「私たちのモデルがすべて間違っているというわけではありません。あるものは他のものよりもうまく機能し、いくつかはかなりうまく一致します。重要なことは、これらの観測が天文学者にモデルを改善し、大質量星が爆発したときに何が起こるかをよりよく理解するための新しい具体的な情報を提供することです。」

また、松永氏らは新たな測定により、星の回転、連星のペア間の相互作用、星の深部での異なる燃焼層の融合などを通じて、大質量星で奇数Z元素がどのように形成されるかについての長年の理論の一部を検証し始めることも可能になった。これまで、これらの理論を実際のデータと照合して確認する方法はありませんでした。

「どのタイプの星が貢献したかについてはまだ完全には理解できていません。 [this] この研究には参加していないが、ミズーリ州セントルイスにあるワシントン大学のカタリーナ・ロッダーズ氏は、「特に、私たちの海洋に豊富に存在する元素である塩素の起源についてです」と語る。

これらの発見が他の超新星残骸にも当てはまれば、天の川銀河全体の生命必須元素の分布についての私たちの考え方も変わる可能性がある。どの星がその惑星に種を蒔いたかに応じて、一部の地域は他の地域よりも生命の原料がよりよく供給される可能性がある。これは、地球外生命体が銀河系全体に不均一に広がっていることを示唆している可能性がある。

「確かにその可能性はあります」と松永氏は付け加えた。「しかし、現在の結果に基づいて確実に言うことはできません。」カシオペアAがこれほど大量の奇数Z元素を生成するのが特異なのか、それとも超新星残骸全体を代表するものなのかは不明だと同氏は言う。 「XRISMや今後の機器による他の超新星残骸の将来の観測は、この疑問を解決するために非常に重要です。」

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