恒星衝突とは、星団内の恒星力学、恒星質量損失や重力波による連星の軌道減衰、あるいはまだ十分に理解されていない他のメカニズムによって引き起こされる、 2つの星の衝突のことである[1]。
宇宙のどの星も衝突する可能性があり、それは星の中で核融合がまだ活発に行われている「生きている」星であろうと、核融合がもはや起こっていない「死んでいる」星であろうと変わりません。白色矮星、中性子星、ブラックホール、主系列星、巨星、超巨星は種類、質量、温度、半径が大きく異なり、それに応じて異なる種類の衝突と残骸を生み出します。[ 2 ]
空にある星の約半分は連星系であり、2つの星が互いに周回している。連星の中には、非常に接近して周回するため、同じ大気を共有するものもあり、その場合はピーナッツのような形になる。このような接触連星系のほとんどは安定しているが、中には不安定になり、一方の星を放出したり、最終的に合体したりするものもある。
天文学者たちは、この種の現象が天の川銀河の球状星団で約1万年に一度発生すると予測している。[ 2 ] 2008年9月2日、科学者たちはさそり座で初めて恒星合体( V1309 Scorpiiと命名)を観測したが、当時はそれが恒星合体の結果であるとは知られていなかった。[ 3 ]
白色矮星は低質量星の残骸であり、十分近い軌道上の恒星と連星系を形成すると、Ia型超新星と呼ばれる大規模な恒星爆発を引き起こすことがある。この現象が起こる通常の経路は、白色矮星が主系列星または赤色巨星から物質を引き剥がし、降着円盤を形成することである。
非常にまれなケースとして、2つの白色矮星が互いに接近して公転しているときにIa型超新星が発生することがある。[ 4 ]重力波の放出により、2つの白色矮星は内側に螺旋状に落下する。最終的に合体すると、合体した質量がチャンドラセカール限界に近づくかそれを超えると、炭素核融合が起こり、温度が上昇する。白色矮星は縮退物質で構成されているため、熱圧と恒星の上層の重量との間に安全な平衡状態は存在しない。そのため、暴走核融合反応によって合体した恒星の内部が急速に加熱され、広がり、超新星爆発を引き起こす。[ 4 ]数秒のうちに、白色矮星の全質量が宇宙空間に放出される。[ 5 ]
中性子星の合体は、白色矮星の合体によって生じる稀なIa型超新星と同様の方法で発生します。2つの中性子星が互いに接近して公転すると、重力波の影響で時間の経過とともに内側に螺旋状に落下します。合体すると、残骸の質量がトルマン・オッペンハイマー・ボルコフ限界を超えるかどうかによって、より重い中性子星またはブラックホールが形成されます。これにより、わずか1~2ミリ秒で地球の磁場の何兆倍もの磁場が生成されます。天文学者は、この種の現象が短いガンマ線バースト[ 6 ]やキロノバ[ 7 ]を引き起こすと考えています。
2017年8月25日に発生した重力波イベントGW170817は、2017年10月16日に遠方の銀河における2つの中性子星の合体に関連していると報告され、重力波によって観測された最初の合体となった。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
中性子星が質量と密度が十分に低い赤色巨星と衝突した場合、その合体によってソーン・ジトコフ天体、すなわち赤色巨星に包まれた中性子星を含む仮想的なコンパクト星が生成されると考えられている。
連星系内の低質量星2つが合体すると、合体する星の軌道面に質量が放出され、新しい惑星が形成される可能性のある放出円盤が形成されることがある。[ 12 ]
恒星衝突の概念は数世代の天文学者の間で知られていましたが、より客観的に研究できるようになったのは新しい技術の開発のおかげです。例えば、1764年に天文学者シャルル・メシエによってメシエ30と呼ばれる星団が発見されました。20世紀には、天文学者たちはこの星団が約130億年前のものであると結論付けました。[ 13 ]ハッブル宇宙望遠鏡はメシエ30の個々の星を分解しました。この新しい技術により、天文学者たちは、ブルーストラグラーと呼ばれるいくつかの星が、星団内の他の星よりも若いように見えることを発見しました。[ 13 ]そこで天文学者たちは、星が「衝突」または「合体」して燃料が増え、周囲の星が消滅し始める一方で核融合を続けることができたのではないかと仮説を立てました。[ 13 ]
銀河の特定の領域では恒星衝突が非常に頻繁に起こる可能性がある一方で、太陽が関与する衝突の可能性は非常に低い。確率計算によると、太陽が関与する恒星衝突の発生率は10²⁸年に1回と予測されている。[ 14 ]比較のために、宇宙の年齢は10¹⁰年 程度である。太陽との接近遭遇の可能性も低い。その発生率は次の式で推定される。
ここで、Nは太陽から半径D (パーセク単位)以内に接近する100万年あたりの遭遇回数である。[ 15 ]比較のために、地球の軌道の平均半径1 AUは4.82 × 10 −6パーセクである。
私たちの恒星は、そのような相互作用を引き起こすほど近くに星団がないため、そのような出来事によって直接影響を受ける可能性は低いでしょう。[ 14 ]
オリオン星雲にあるクラインマン・ロー星雲を形成した爆発は、複数の星間の力学的相互作用が関与しており、原始星の合体も関係していると考えられている。電波源Iは、近接連星か、そのような合体の結果であると推測されている。[ 16 ] [ 17 ]
KIC 9832227の食の分析では、当初、その軌道周期が実際に短縮しており、2つの星の核が2022年に合体すると示唆されました。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] しかし、その後の再分析により、最初の予測で使用されたデータセットの1つに12時間のタイミングエラーが含まれており、星の軌道周期が誤って短縮されているように見えたことが判明しました。[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
連星合体のメカニズムはまだ完全には解明されておらず、KIC 9832227やその他の接触連星を研究する人々にとって主要な研究テーマの一つとなっている。
衝突する可能性が高く、それよりもはるかに早く自然に燃え尽きるだろう。
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