近くの星の表面にある巨大な泡が太陽の運命を予兆する

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天文学者たちは、近くの恒星の表面にある巨大なガス泡の詳細な動きを初めて観測した。このガス泡は、溶岩ランプの内部のように上下している。

スウェーデンのチャルマース工科大学の天文学者チームによると、巨大な高温ガスの泡は太陽の75倍の大きさで、予想よりも速いペースで恒星の内部に沈みつつあるようだ。

これらの画像は、かぎ針座にある180光年離れた赤色巨星、かぎ針座R星の表面を示しています。この星の直径は太陽の約350倍で、太陽の未来を予見する役割を果たしています。

NASAによると、約50億年後には太陽は赤色巨星となり、物質の層を放出しながら膨張し、太陽系の内惑星を蒸発させる可能性が高いが、地球の運命はまだ不明だという。

チリにあるアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）の望遠鏡を使って行われたこの観測は、研究者が太陽以外の恒星の表面のこのような詳細な動きを追跡した初めての事例となる。

彼らは水曜日にその研究結果をネイチャー誌に発表した。

「私たちは、恒星の周囲の大気中のガスを観測し、存在が予想されていた『対流』泡の兆候を見つけたいと考えていました」と、チャルマース大学の天文学およびプラズマ物理学の教授で、研究の筆頭著者であるウーター・ブレミングス氏は電子メールで述べた。「しかし、私たちは、それらをこれほど詳細に観察し、実際にその動きを見ることができるとは思っていませんでした。」

星が老化すると

ヴレミングス氏とその同僚は、星が寿命の終わりに近づくと何が起こるかを研究している。

恒星は、水素原子を圧縮してヘリウムを形成する核融合反応を通じて、中心核内でエネルギーを生成します。このプロセスにより、恒星は加熱され、数十億年にわたって燃料として供給されます。

中心核で生成されたエネルギーは、巨大で高温のガスの泡を通じて星の表面に運ばれ、その後、溶岩ランプで起こるのと同じように、冷えるにつれて沈んでいきます。

研究著者らによると、対流として知られるこのプロセスは、炭素や窒素など、中心核で生成された元素を恒星全体で混合する。対流はまた、恒星風、つまり恒星で生成された元素を宇宙空間に吹き飛ばし、新しい恒星や惑星の生成を助ける急速な風を引き起こす原因である可能性もある。

恒星の寿命が尽きると、水素がなくなりヘリウムに変わり、恒星の中心核が崩壊する。NASAによると、中心核にかかる圧力によって恒星の温度も上昇し、膨張して赤色巨星になるという。

星の寿命が近づくと、星の最上層が吹き飛び、最終的に星は崩壊または爆発し、内部で生成された元素が宇宙に放出されます。

「私たちはみな『星の塵』でできており、私たちの周囲にある物質の多くは星の中で作られています」とヴレミングス氏は言う。「この物質がどのようにして古い星から放出され、新しい星や惑星に組み込まれるのかは、まだ完全には解明されていません。」

古い星を眺める

研究チームがかじき座R星を観測することにしたのは、R星が最も近く、最も大きい赤色巨星の一つであり、観測が容易だからだ。望遠鏡のおかげで、研究チームは1か月にわたって星の表面の高解像度画像を収集することができた。

「対流は太陽の表面に見られる美しい粒状構造を作り出しますが、他の星では見ることが困難です」と、研究の共著者でチャルマース大学の研究者テオ・クーリ氏は声明で述べた。「アルマ望遠鏡によって、太陽の75倍の大きさの対流粒状物を直接見るだけでなく、初めてその移動速度を測定することもできるようになりました。」

太陽の最も外側の層は光球と呼ばれ、非常に高温のガスでできており、泡立っています。太陽の光球は対流によって形成された何百万もの泡で満たされています。対流粒子としても知られるガス泡は、直径約 621 マイル (1,000 キロメートル) あり、毎秒数キロメートルの速度で移動するため、約 10 分間しか存続しません。

しかし、R. Doradusの表面の対流細胞は、大きさが1億キロメートル（約6200万マイル）以上あり、速度は秒速数十キロメートルで、約1か月間持続します。

「この違いの理由はまだわかっていません。星が年をとるにつれて対流が変化するようですが、その理由はまだわかっていません」とブレミングス氏は語った。

対流泡はこれまでにも星の表面で発見されていたが、新たな観測ではこれまで不可能だった方法で泡の動きを追跡した。

「遠く離れた星の表面の詳細を直接撮影し、これまでは主に太陽でしか観測できなかった物理現象を観測できるようになったのは素晴らしいことだ」と、研究の共著者でチャルマース大学の博士課程学生、ベザド・ボジュノルディ・アルバブ氏は声明で述べた。

チリのヨーロッパ南天天文台の准天文学者クラウディア・パラディーニ博士によると、今回の新しい研究には以前のものよりも長い観測が含まれており、泡の進化を捉えているという。パラディーニ博士は、pi1 Gruis 星の表面の泡の観測に関する研究論文を執筆した。彼女は今回の新しい研究には関わっていないが、ネイチャー誌にこの研究に関する論文を執筆した。

「太陽と同じように、泡が湧き上がり、膨張し、消えていくのが見えます。距離を考えると驚くべきことです」とパラディーニ氏は言う。「あとは、こうした星をもっとたくさん観測するだけです！」

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