超新星爆発はこう起きる

W. ヒルブラント
H.=T. ヤンカ
E. ミューラー
200701

日経サイエンス 2007年1月号

9ページ
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1572 年11月11日,デンマークの天文学者,ティコ・ブラーエは木星と同じくらい明るく輝く新しい星をカシオペア座の中に見つけた。それは近代天文学の始まりとなった。天は固定され,変化することはないというそれまでの信念への“輝ける反証”だったからだ。約400年後,天文学者はこのような「超新星」が短期間だが,普通の星の何十億倍もの明るさで輝くこと,つまり,そのとき華々しい爆発を起こしているに違いないと気づいた。
 
爆発は2通りある。1つは「爆縮」という現象によって星の中心部が落ち込むとき,星の外側の部分をバラバラに吹き飛ばすほどの重力エネルギーを放出することによって起こる。もう1つは巨大な核爆発によるものだ。理論研究と観測が進んできたが,コンピューターシミュレーションでは超新星の詳細な特性はおろか,爆発自体を再現するのが非常に難しかった。
 
核爆発タイプの超新星については,ここ数年でようやく,説得力のある理論モデルができあがった。化学燃焼や気象の研究のために開発された方法を発展させたものだ。星内部を3次元でシミュレーションしたところ,マッシュルームがいくつも組み合わさったような複雑な構造が現れた。核反応によって生み出された熱い泡が,星の中心近くから星表面に向けて昇っていく途中,乱流によってデコボコにされ引き伸ばされてできたものだ。乱流の影響で核融合反応が加速されるために,星はわずか数秒で爆発した。
 
星中心部の重力崩壊で起こる超新星は説明するのがより難しい。爆縮で生み出された衝撃波はエネルギーをすぐに消費してしまうのだ。それが近年,爆縮の際に生まれた膨大な量のニュートリノが星中心部を取り囲む層を加熱することでプラズマが生じ,このプラズマによって,浮力で上昇する泡とマッシュルームのような形をしたプルームが作り出されることが,多次元シミュレーションでわかってきた。対流によって衝撃波へ運ばれたエネルギーが衝撃波をさらに外へと押し,爆発の引き金を引くようだ。