ブラックホールが輝く星と衝突し、宇宙に神秘的な青い閃光を引き起こしている可能性がある

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宇宙には、Luminous Fast Blue Optical Transients (LFBOT) と呼ばれる、神秘的で強力な明るい青色の宇宙バーストが存在しており、新しい研究により、これらの奇妙なバーストがどこから来たのかについて、最終的に何らかの答えが得られるかもしれません。

これらのバーストの最初は 2018 年に検出され、それ以来検出されたのは 14 回だけであり、天文学者にとっては確固たる謎となっています。しかし現在、新しい研究を支援するチームは、これらの出来事は、天体のようなコンパクトな恒星の残骸が存在するときに引き起こされると信じている。 ブラックホール またはへ 中性子星大質量星体と呼ばれる、宇宙で最も熱いクラスの星と衝突する ヴォルフ＝ライエのスター。

科学者たちは、かなり長い間、LFBOT の起源を解明しようとしており、これらの現象の存在を説明する多数のモデルさえ提案しています。この関心は、LFBOT が他の宇宙爆発、つまり数日でピークに達して消え去る「過渡現象」よりも著しく速く進化するという事実から生じていると考えられます。 LFBOT は、その独特の色でも注目に値します。進化のほとんどの間、青色のままであり、全体を通じて信じられないほど熱いままであることを示しています。

LFBOT の他の潜在的な起源として提案されているものは、いわゆる核崩壊による大質量星の死まで多岐にわたります。 超新星 超大質量ブラックホールが引き裂かれ、飲み込まれることを伴う極端な潮汐破壊現象（TDE）まで 星。しかし、物事の真相を解明するために、新しい研究の背後にあるチームは、LFBOT のホスト銀河と環境を調査し、これらの爆発現象の始祖が実際に何であるかを特定しようとしました。この分析により、LFBOT は、示唆されている超新星シナリオのいくつかによって生成される環境とは非常に異なる環境から発生し、潮汐破壊現象が一般的に予想される環境では発生しないことが明らかになりました。

ハーバード大学天体物理学センター(CfA)の研究チームリーダー、アーニャ・ニュージェント氏は、「LFBOTは非常にまれであり、その光曲線特性が他の多くの過渡現象とは大きく異なるため、その祖先が何であるかを特定するのは困難です。それらは明らかにいくつかのユニークな天体物理現象を表していますが、それが何である可能性があるかは未解決の問題のままです」と述べた。ニュージェントと彼の同僚が LFBOT のために探したモデルは、外側の水素エンベロープが剥ぎ取られた大質量星、すなわちウォルフ・ライエ星に残ったヘリウム核と、コンパクトな恒星の残骸との衝突である。

「これは一時的な特性とゲスト特性をよく表していると思います」と彼は説明しました。

ヴォルフ＝ライエのスターたちはなぜ青く感じるのでしょうか？

TDEや核崩壊超新星などのLFBOTの説明を目的とした他のモデルとは異なり、チームが提案したコンパクト天体とWolf-Rayet核融合モデルは、LFBOTのすべての過渡特性と環境特性を容易に説明できるようだとニュージェント氏は述べた。

ニュージェント氏は、星密度が高い大質量銀河で発生する傾向がある核崩壊超新星とは異なり、合体はホスト環境として星形成が多く、質量の少ない銀河を好む可能性があると説明した。これらは創作に最適だ、と彼は言いました。 バイナリシステム これらは2つの巨大な星として始まり、一方がもう一方の恒星物質を剥ぎ取り、「ドナー」をヴォルフ・ライエ星に変えます。そのドナー星は最終的に「人食い」星を核崩壊超新星に押し込み、ブラックホールや中性子星に変えます。最終的には、ヴォルフ・ライエ星とその伴星の残骸が合体してLFBOTを打ち上げることになる。連星は一般的ですが、どんな連星系でも LFBOT を起動できるわけではないため、これは重要です。

「多くの大質量星は連星系にあるが、こうした合体は適切な条件下で起こるため、進化の初期段階で互いに合体することはないが、星同士はまだ合体できるほど十分に接近している」とニュージェント氏は述べた。

研究チームの連星合体モデルでは、このコンパクト天体は伴星に十分近く、星を完全に破壊することなく外側の水素の殻を引き剥がすことができる。数百年または数千年後、摂食ブラック ホールまたは中性子星が星の中心核に落ちて破壊し、明るい発光を引き起こします。

同氏は、「この合併モデルはLFBOTのレートと同様に稀なものとなるが、我々が決して起こらないと予想できるほど稀なものではない」と付け加えた。 「本質的に、これらの環境は、この方法でマージするバイナリ システムを作成するのに最適です。」

研究チームはまた、なぜLFBOTが、ブラックホールや中性子星がウォルフ・ライエ星とより頻繁に衝突する密集した恒星場で発生しないのかを理論化している。

ニュージェントと研究チームは、ブラックホールであれ中性子星であれ、コンパクトな天体を形成する連星系の最初の星の崩壊は、星形成領域が密集している領域から、より人口の少ない銀河領域へと移動させる「キック」を系全体に与える可能性があると仮定することで、これを正当化している。

「したがって、LFBOTが核崩壊超新星よりも、その誕生の地から遠く離れた星の数が非常に少ない領域で爆発することで、そのホストの影響をより多く受けているように見える理由の正当性も得られました」とニュージェント氏は述べた。

研究チームは、TDE モデルと超新星モデルでは観測されたこれらの爆発の特性をすべて説明するのが難しいと考えているため、Wolf-Rayet デブリ衝突 LFBOT 起源モデルを支持しています。たとえば、LFBOT は非常に密度の高い「星周環境」で発生します。これらは、星が緩い物質によって結合されている領域であり、これはおそらく親星が過去に物質を放出した結果であると考えられます。

「これはTDEモデルや一部の超新星モデルによってさえ簡単に説明できない」とニュージェント氏は述べた。 「さらに、LFBOT は TDE や超新星とは異なる特性を持ち、異なる環境で発生します。したがって、大きな疑問は、それらがすべて同じものから来たものであるとしたら、何がこの違いを引き起こしているのかということです。」

理由はさておき、最も妥当な説明は、LFBOT がまったく異なる経路から来ており、研究チームにとって、ウルフ・ライエ星と衝突する中性子星またはブラックホールが、観測された LFBOT のすべての特性によく適合しているように見えるということです。

ただし、ニュージェントは、この起源モデルは、天文学者が既知の LFBOT の個体数を増やした後にのみ確実に調査できることを認めています。この発見活動について、ニュージェントは、ベラ・C・ルービン天文台とその最近立ち上げられたレガシー・サーベイ・オブ・スペース・アンド・タイム（LSST）が大きな役割を果たすことを期待している。

「ルービンは、宇宙論的にさらに遠い距離にある、より暗いLFBOTを発見する素晴らしい人物になるでしょう。これにより、より多くの個体群が得られるだけでなく、LFBOTとその祖先が宇宙の時間の経過とともにどのように進化したかを私たちに示すことができるでしょう」と彼は結論づけた。

チームの結果の以前に査読されたバージョンは、研究リポジトリ サイトで入手できます。 アーカイブ。