宇宙誕生以来の超新星爆発の割合を明らかにした「すざく」

【2007年9月26日 東京理科大学】

日本のX線天文衛星「すざく」による観測で、銀河団の高温のガスに含まれるさまざまな元素の量がはじめて示された。その結果と超新星爆発で作られる重元素の量が比較され、Ia型とII型の超新星爆発の割合が明らかとなった。さらに、銀河団で宇宙誕生以来起こってきた超新星爆発の総数も求められた。

（すざくが観測した銀河団AWM7のX線強度マップ）

すざくが観測した銀河団AWM7のX線強度マップ。クリックで拡大（以下同じ）（提供：東京理科大学 佐藤浩介研究員、以下同じ）

（銀河団AWM7で観測された酸素やマグネシウムなどの存在量と超新星爆発起原の内訳）

銀河団AWM7で観測された酸素やマグネシウムなどの存在量と、Ia型、II型超新星爆発起原の内訳（酸素（O）、マグネシウム（Mg）、ケイ素（Si）、硫黄（S）、鉄（Fe））

（4つの銀河団で求められた宇宙誕生以来の型超新星爆発の総数）

4つの銀河団で求められた、宇宙誕生以来のIa型、II型超新星爆発の総数

この研究成果は、日本天文学会2007年秋季年会を代表する研究として発表されている。

誕生して間もないころの宇宙には水素とヘリウムしか存在しなかったと考えられている。わたしたちにとって身近な鉄や酸素、炭素などの物質（重元素）の大部分は、その後に誕生した銀河の中で、超新星が爆発することで作られる。

超新星爆発には、大きく分けて2つある。1つは、太陽の10倍以上の重い星が重力崩壊して爆発するII型超新星爆発。もう1つは、太陽程度の大きさの星の死骸である白色矮星にガスが降り積もり、中心部で核反応が起こって爆発するIa型超新星爆発だ。

また、II型超新星爆発は、主に酸素など比較的軽い元素が生成され、Ia型超新星爆発は鉄などの元素が多く生成されることがわかっている。

東京理科大学の佐藤浩介研究員らの研究チームは、Ia型とII型の超新星爆発がどのような割合で起こったかを明らかにする目的で、銀河の集団である銀河団4つを観測した。銀河団は宇宙でもっとも大きい天体であるため、強い重力によって、銀河でつくられた重元素が閉じ込められていると考えられているからだ。

佐藤氏らはまず「すざく」を使い、銀河団の高温ガスから放射されるX線を観測した。結果、個々の元素が放つX線の強度が示され、ここから各元素の量が明らかになった。

次に、得られた銀河団のデータを解析し、高温ガス中に含まれているIa型、II型の超新星で作られた重元素の量を求めた。そして、超新星爆発の理論モデルを用いて、Ia型とII型からどのような割合で重元素が生成されたのかを調べた。その結果、ガス中の酸素やマグネシウムがほとんどII型超新星爆発で生成されたのに対し、鉄は主にIa型超新星爆発から生成されていることを明らかにした。

また、観測したすべての銀河団で、宇宙誕生から現在までに起こった超新星爆発の総数を求めたところ、II型がIa型よりも約3倍多く起こっていたことも明らかとなった。

現在、銀河団中では、II型の超新星爆発はほとんどみられない。今回の観測結果は、銀河が形成された時期には重い星が多く誕生し、次々に爆発していたことを示していると考えられる。

研究チームは、II型超新星爆発の回数を（銀河質量あたりの爆発回数は同じとして）わたしたちの天の川銀河にあてはめて計算し、宇宙が始まって以来、数億回の爆発が繰り返し起こったという結果も発表している。