超新星の核反応を新たに測定、星の爆発メカニズム解明へ

星の大爆発の仕組みを解く核反応を、実験で初めて計測した。超新星とX線バースト内の核反応の詳細が明らかになり、これまで推測に頼っていたモデルが観測データとより厳密に比較できるようになった。

超新星は恒星の死を示す極めて明るく強大な爆発だが、数百年の観測の歴史があっても、爆発の過程は完全には理解されていない。その重要な手掛かりが、超新星時に生成され、爆発後も長く宇宙望遠鏡で検出可能な放射性チタン-44である。アルゴンヌ国立研究所で研究するサリー大学の研究チームは、超新星内でチタン-44がどのくらい生成されるかを制御する核反応の速度を、初めて実験的に測定することに成功した。予想に反して、この反応は従来の予測よりも大幅に遅く進行することが分かり、チタン-44の生成量は最大35%増加する可能性が示された。このデータにより、天文学者は計算機モデルを実際の観測データと比較できるようになり、超新星爆発という宇宙の謎の解明に一歩近づいたのである。

一方、宇宙で最も頻繁に起こる恒星爆発がX線バースト（タイプI）である。これは密集した中性子星が近くの伴星から物質を引き込み、繰り返された熱核反応を引き起こすもので、その過程でより重い元素が生成され、莫大なエネルギーが放出される。ミシガン州の稀有同位体ビーム施設で実施された研究では、X線バーストを駆動する核反応を従来よりもはるかに正確に計測し、反応の振る舞いについての不確実性を10倍以上削減することに成功した。特に、爆発中に核物質を一時的にトラップする可能性があるニッケル-銅サイクルの役割について長年の疑問に決着をつけ、物質がトラップされることは確認されたものの、その割合は小さいことを示した。

星の爆発現象は、化学元素がどのように作られ宇宙全体に拡散するのかを理解する上で根本的な問題である。これまで数十年の研究にもかかわらず、超新星とX線バーストを駆動する核反応は、主に理論と推定に頼るほかなかった。今回の研究は、こうした領域に実験的証拠をもたらし、モデルと天文観測との比較をより厳密にすることを可能にした。その結果として、化学元素がどのように生成され宇宙に広がるのかというメカニズムへの理解が深まることになる。

こうした基礎物理の理解の進展は、将来の宇宙観測ミッションに組み込まれ、より高度な計測精度を必要とする機器やセンサーの需要を生むと考えられる。日本の部品・素材メーカーが宇宙用途向けの装置を開発する際、星の爆発現象や核反応に関する理解が深化すれば、物理的な現象に基づいたより信頼性の高い設計が可能になる。また、国際的な学術協力の深まりとともに、関連する技術開発で日本の産業が機会を得る可能性もある。

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