恒星の衝突

恒星衝突とは、星団内の恒星の力学、恒星の質量損失や重力放射による連星の軌道の減衰、あるいはまだ十分に解明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つの恒星の接近である[1]。

宇宙のどの星も衝突する可能性があります。「生きている」星、つまり星の中で核融合がまだ活発な星でも、「死んで」いる星、つまり核融合が起こらなくなった星でも衝突する可能性があります。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、タイプ、質量、温度、半径が大きく異なり、それに応じて異なるタイプの衝突と残骸を生成します。^[2]

空にある星の約半分は、2 つの星が互いの周りを回っている連星系の一部です。連星の中には、非常に接近して周回しているため、同じ大気を共有し、ピーナッツのような形をしているものもあります。このような接触連星系のほとんどは安定していますが、中には不安定になり、片方の星を放出したり、最終的に合体したりするものもあります。

天文学者たちは、このタイプの現象は銀河系の球状星団で約1万年に1回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（} V1309 Scorpiiと命名）で初めて恒星の合体を観測したが、当時はそれが恒星の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、別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可能性があります。通常、白色矮星が主系列星または赤色巨星から物質を吸い上げて降着円盤を形成します。

はるかに稀ではあるが、2つの白色矮星が互いに接近して周回すると、Ia型超新星が発生する。^[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移動する。最終的に合体すると、その合計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、炭素核融合が点火され、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、熱圧と恒星の上にある層の重量の間に安全な平衡が存在しない。このため、暴走核融合反応が合体した恒星の内部を急速に加熱して広がり、超新星爆発を引き起こす。^[4]ほんの数秒で、白色矮星の質量はすべて宇宙に放出される。^[5]

中性子星の合体は、白色矮星の合体によって生じるまれなIa型超新星と似た形で起こる。2つの中性子星が互いに接近して周回すると、重力放射により時間の経過とともに内側に螺旋状に移動する。2つの中性子星が出会うと、合体により、残骸の質量がトルマン・オッペンハイマー・フォルコフ限界を超えるかどうかに応じて、より重い中性子星またはブラックホールが形成される。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発生する。天文学者は、このタイプのイベントが短時間のガンマ線バースト^[6]やキロノバ^[7]を生み出すと考えている。

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と関連していると報告されました。これは、重力波によって観測された最初の合体です。^{[8] [9] [10] [11]}

中性子星が十分に低い質量と密度を持つ赤色巨星と衝突すると、その合体によって、赤色巨星に包まれた中性子星を含む 仮説上のコンパクト星であるソーン・ジトコフ天体が形成されると推測されています。

連星系内の2つの低質量星が合体すると、合体する星の軌道面で質量が放出され、新しい惑星が形成される排出円盤が形成される可能性があります。 ^[12]

恒星衝突の概念は数世代の天文学者の間で存在していたが、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発達による。例えば、1764年にメシエ30と呼ばれる星団が天文学者シャルル・メシエによって発見された。20世紀に天文学者は、この星団の年齢は約130億年であると結論付けた。^[13]ハッブル宇宙望遠鏡はメシエ30の個々の星を解像した。この新しい技術により、天文学者はブルーストラッ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た。^[13]その後、天文学者は星が「衝突」または「融合」してより多くの燃料を得たため、周囲の星が消滅し始める中、核融合が継続したのではないかと仮説を立てた。^[13]

銀河の特定の部分では恒星の衝突が頻繁に起こるかもしれませんが、太陽を巻き込む衝突の可能性は非常に低いです。確率計算では、太陽を巻き込む恒星の衝突率は10 ²⁸年に1回と予測されています。^{[14]比較すると、宇宙の年齢は10 10}年 程度です。太陽との接近遭遇の可能性も低いです。その率は次の式で推定されます。

N ≈ 4.2 · D ² Myr ⁻¹

ここでNはパーセク単位で表した太陽の半径D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い恒星団が存在しないため、このようなイベントによって直接影響を受ける可能性は低いでしょう。^[14]

KIC 9832227の日食の分析では、当初、その公転周期が実際に短くなっており、2つの恒星の核が2022年に合体すると示唆されていました。 ^{[16] [17] [18] [19]} しかし、その後の再分析で、最初の予測に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いたことが判明し、その結果、恒星の公転周期が不自然に短くなっていました。^{[20] [21] [22] [23]}

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焦点の 1 つとなっています。

• 「Pau Amaro Seoane MODESTワーキンググループ4「恒星衝突」」 。 2013年5月20日閲覧。