第23章恒星の死The Death of Stars

23.3 Supernova Observations23.3　超新星の観測

Learning Objectives学習の目標

By the end of this section, you will be able to:

この節を学ぶと、次のことができるようになる。

Describe the observed features of SN 1987A both before and after the supernova
SN 1987Aについて、超新星爆発の前と後に観測された特徴を述べる。
Explain how observations of various parts of the SN 1987A event helped confirm theories about supernovae
SN 1987Aのさまざまな側面の観測が、超新星の理論の確認にどう役立ったかを説明する。

Supernovae were discovered long before astronomers realized that these spectacular cataclysms mark the death of stars (see Making Connections: Supernovae in History). The word nova means “new” in Latin; before telescopes, when a star too dim to be seen with the unaided eye suddenly flared up in a brilliant explosion, observers concluded it must be a brand-new star. Twentieth-century astronomers reclassified the explosions with the greatest luminosity as supernovae.

英語のヒント

超新星が発見されたのは、その壮観で激しい現象が星の死を告げるものだと、天文学者が気づくよりはるかに前だった（「つながりを考える――歴史の中の超新星」参照）。novaという語は、ラテン語で『新しい』を意味する。望遠鏡の登場以前には、肉眼では見えないほど暗かった星が、突然、輝かしい爆発で燃え上がると、観測者はまったく新しい星が生まれたに違いないと考えた。20世紀の天文学者は、そのうち光度が最も大きい爆発を、超新星〈supernovae〉と分類し直した。

From historical records of such explosions, from studies of the remnants of supernovae in our Galaxy, and from analyses of supernovae in other galaxies, we estimate that, on average, one supernova explosion occurs somewhere in the Milky Way Galaxy every 25 to 100 years. Unfortunately, however, no supernova explosion has been observable in our Galaxy since the invention of the telescope. Either we have been exceptionally unlucky or, more likely, recent explosions have taken place in parts of the Galaxy where interstellar dust blocks light from reaching us.

英語のヒント

こうした爆発の歴史記録、私たちの銀河の超新星残骸の研究、そしてほかの銀河の超新星の分析から、天の川銀河のどこかで平均25～100年に一度、超新星爆発が起こると推定される。しかし残念ながら、望遠鏡が発明されてから、私たちの銀河で観測可能な超新星爆発は一度もなかった。私たちが例外的についていなかったか、あるいは、より可能性が高いのは、最近の爆発が、星間塵のために光がこちらへ届かない銀河の場所で起きた、ということである。

Supernovae in History歴史の中の超新星

Although many supernova explosions in our own Galaxy have gone unnoticed, a few were so spectacular that they were clearly seen and recorded by sky watchers and historians at the time. We can use these records, going back two millennia, to help us pinpoint where the exploding stars were and thus where to look for their remnants today.

英語のヒント

私たちの銀河で起きた超新星爆発の多くは、気づかれずに終わった。しかし、いくつかは非常に目立ち、当時の空の観測者や歴史家にはっきりと目撃され、記録された。2000年前までさかのぼるこれらの記録を使えば、爆発した星の場所を絞り込み、現在その残骸をどこで探すべきかを知る手掛かりになる。

The most dramatic supernova was observed in the year 1006. It appeared in May as a brilliant point of light visible during the daytime, perhaps 100 times brighter than the planet Venus. It was bright enough to cast shadows on the ground during the night and was recorded with awe and fear by observers all over Europe and Asia. No one had seen anything like it before; Chinese astronomers, noting that it was a temporary spectacle, called it a “guest star.”

英語のヒント

最も劇的な超新星が観測されたのは、1006年だった。5月に、昼間でも見える明るい光の点として現れ、おそらく金星の100倍ほども明るかった。夜には地面に影を落とせるほどで、ヨーロッパとアジア各地の観測者が、畏怖と恐れを込めて記録した。それまで誰も、そのようなものを見たことがなかった。中国の天文学者は、それが一時的に現れたものだとして、『客星』と呼んだ。

Astronomers David Clark and Richard Stephenson have scoured records from around the world to find more than 20 reports of the 1006 supernova (SN 1006) (Figure 23.9). This has allowed them to determine with some accuracy where in the sky the explosion occurred. They place it in the modern constellation of Lupus; at roughly the position they have determined, we find a supernova remnant, now quite faint. From the way its filaments are expanding, it indeed appears to be about 1000 years old.

英語のヒント

天文学者デイヴィッド・クラークとリチャード・スティーヴンソンは、世界中の記録をくまなく調べ、1006年の超新星〈SN 1006〉について20件を超える報告を見つけた（図23.9）。これによって、空のどこで爆発が起きたかを、ある程度正確に定めることができた。二人はその位置を、現在のおおかみ座の中に置いている。特定した位置のほぼその場所に、現在ではかなり暗い超新星残骸が見つかっている。細い筋状の構造が広がる様子からも、実際に約1000年前のものと考えられる。

Supernova 1006 Remnant.1006年の超新星の残骸。

credit: modification of work by NASA, ESA, Zolt Levay(STScI) · CC BY 4.0

Figure 23.9 This composite view of SN 1006 from the Chandra X-Ray Observatory shows the X-rays coming from the remnant in blue, visible light in white-yellow, and radio emission in red. (credit: modification of work by NASA, ESA, Zolt Levay(STScI))

図23.9　チャンドラX線観測衛星の観測を含む、SN 1006の合成画像。残骸から来るX線を青、可視光を白と黄色、電波の放射を赤で示している。（出典：NASA、ESA、Zolt Levay〈STScI〉の作品を改変）

Another guest star, now known as SN 1054, was clearly recorded in Chinese records in July 1054. The remnant of that star is one of the most famous and best-studied objects in the sky, called the Crab Nebula (Figure 23.14). It is a marvelously complex object, which has been key to understanding the death of massive stars. When its explosion was first seen, we estimate that it was about as bright as the planet Jupiter: nowhere near as dazzling as the 1006 event but still quite dramatic to anyone who kept track of objects in the sky. Another fainter supernova was seen in 1181.

英語のヒント

もう一つの客星、現在SN 1054と呼ぶ天体は、1054年7月の中国の記録にはっきり残されている。この星の残骸は、かに星雲と呼ばれ、空の天体の中でも特に有名で、よく研究されたものの一つである（図23.14）。驚くほど複雑な天体で、大質量星の死を理解する鍵となってきた。爆発が初めて見えたときには、おそらく木星と同じくらい明るかったと推定される。1006年の現象ほどまばゆくはなかったものの、空の天体を継続して見ている人には、それでも十分劇的だった。1181年にも、さらに暗い別の超新星が見られた。

The next supernova became visible in November 1572 and, being brighter than the planet Venus, was quickly spotted by a number of observers, including the young Tycho Brahe (see Orbits and Gravity). His careful measurements of the star over a year and a half showed that it was not a comet or something in Earth’s atmosphere since it did not move relative to the stars. He correctly deduced that it must be a phenomenon belonging to the realm of the stars, not of the solar system. The remnant of Tycho’s Supernova (as it is now called) can still be detected in many different bands of the electromagnetic spectrum.

英語のヒント

次の超新星が見えるようになったのは、1572年11月だった。金星より明るかったため、若いティコ・ブラーエを含む多くの観測者が、すぐに見つけた（「軌道と重力」参照）。ティコは1年半にわたって注意深く測定し、この天体がほかの星に対して移動しないことから、彗星でも、地球の大気中の現象でもないと示した。そして、太陽系ではなく恒星の領域に属する現象に違いないと、正しく推論した。現在『ティコの超新星』と呼ばれるこの天体の残骸は、今でも電磁スペクトルのさまざまな波長帯で検出できる。

Not to be outdone, Johannes Kepler, Tycho Brahe’s scientific heir, found his own supernova in 1604, now known as Kepler’s Supernova (Figure 23.8). Fainter than Tycho’s, it nevertheless remained visible for about a year. Kepler wrote a book about his observations that was read by many with an interest in the heavens, including Galileo.

英語のヒント

ティコ・ブラーエの科学上の後継者、ヨハネス・ケプラーも負けじと、1604年に自分の超新星を見つけた。現在の『ケプラーの超新星』である（図23.8）。ティコのものより暗かったが、それでも約1年間は見え続けた。ケプラーは観測について本を書き、ガリレオをはじめ、天空に関心を持つ多くの人がそれを読んだ。

No supernova has been spotted in our Galaxy for the past 300 years. Since the explosion of a visible supernova is a chance event, there is no way to say when the next one might occur. Around the world, dozens of professional and amateur astronomers keep a sharp lookout for “new” stars that appear overnight, hoping to be the first to spot the next guest star in our sky and make a little history themselves.

英語のヒント

過去300年間、私たちの銀河では超新星が見つかっていない。目に見える超新星の爆発は偶然の出来事なので、次がいつ起こるかを言い当てる方法はない。世界中で何十人もの専門家とアマチュアの天文学者が、一夜にして現れる『新しい』星を注意深く探している。次の客星を最初に見つけ、自らも歴史に名を残すことを願っているのである。

At their maximum brightness, the most luminous supernovae have about 10 billion times the luminosity of the Sun. For a brief time, a supernova may outshine the entire galaxy in which it appears. After maximum brightness, the star’s light fades and disappears from telescopic visibility within a few months or years. At the time of their outbursts, supernovae eject material at typical velocities of 10,000 kilometers per second (and speeds twice that have been observed). A speed of 20,000 kilometers per second corresponds to about 45 million miles per hour, truly an indication of great cosmic violence.

英語のヒント

最も光度の大きい超新星は、最大の明るさに達したとき、太陽の約100億倍の光度を持つ。短い間であれば、現れた銀河全体より明るく輝くこともある。最大の明るさを過ぎると光は弱まり、数か月から数年のうちに、望遠鏡でも見えなくなる。超新星は爆発時に、典型的には毎秒1万キロメートルの速さで物質を放出する。その2倍の速さも観測されている。毎秒2万キロメートルは、毎時約4500万マイルに相当する。宇宙の激しい破壊力を、まさに示す速さである。

Supernovae are classified according to the appearance of their spectra, but in this chapter, we will focus on the two main causes of supernovae. Type Ia supernovae are ignited when a lot of material is dumped on degenerate white dwarfs (Figure 23.10); these supernovae will be discussed later in this chapter. For now, we will continue our story about the death of massive stars and focus on type II supernovae, which are produced when the core of a massive star collapses.

英語のヒント

超新星はスペクトルの見え方によって分類されるが、この章では、超新星を起こす主な原因の二つに注目する。Ia型超新星は、縮退した白色矮星へ大量の物質が流れ込むことで点火する（図23.10）。この型は、章の後半で取り上げる。今は大質量星の死の話を続け、その中心核が崩壊するときに生じるII型超新星に注目しよう。

超新星2014J。ハッブル宇宙望遠鏡によるM82の画像。銀河本体は左上から右下へ延び、中心から赤みがかった水素の大きな噴き上がりや細い筋が、遠くまで広がっている。超新星は中央の右側の白い四角で示され、右下の拡大図には、ハッブルが撮った超新星自体の画像がある。拡大図の説明は『SN 2014J、2014年1月31日』。画像全体の説明は『銀河M82の超新星2014J、ハッブル宇宙望遠鏡――WFC3/UVIS・ACS/WFC』。 — **Figure 23.10** This image of supernova 2014J, located in Messier 82 (M82), which is also known as the Cigar galaxy, was taken by the Hubble Space Telescope and is superposed on a mosaic image of the galaxy also taken with Hubble. The supernova event is indicated by the box and the inset. This explosion was produced by a type Ia supernova, which is theorized to be triggered in binary systems consisting of a white dwarf and another star—and could be a second white dwarf, a star like our Sun, or a giant star. This type of supernova will be discussed later in this chapter. At a distance of approximately 11.5 million light-years from Earth, this is the closest supernova of type Ia discovered in the past few decades. In the image, you can see reddish plumes of hydrogen coming from the central region of the galaxy, where a considerable number of young stars are being born. (credit: modification of work by NASA, ESA, A. Goobar (Stockholm University), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA))
**図23.10**　葉巻銀河とも呼ばれるメシエ82〈M82〉にある、超新星2014Jのハッブル宇宙望遠鏡による画像。同じくハッブルで撮った銀河のモザイク画像に重ねてある。超新星の位置を四角と拡大図で示す。この爆発はIa型超新星によるもので、この型は、白色矮星ともう一つの星からなる連星系で起こると考えられている。相手は、別の白色矮星、太陽のような星、または巨星の場合がある。この型の超新星は、章の後半で説明する。地球から約1150万光年の距離にあり、過去数十年に発見されたIa型超新星の中で最も近い。画像では、多数の若い星が生まれつつある銀河の中心部から、水素が赤みがかった噴流状に広がっているのが見える。（出典：NASA、ESA、A. Goobar〈ストックホルム大学〉、Hubble Heritage Team〈STScI/AURA〉の作品を改変）

第23章恒星の死The Death of Stars

23.3 Supernova Observations23.3 超新星の観測

Learning Objectives学習の目標

Supernova 2014J.超新星2014J。

23.3 Supernova Observations23.3　超新星の観測