連星からの質量流入を受けた恒星は表面化学組成で見分けられる
巨大恒星の表面に残された化学的な「指紋」から、遠い過去に連星の伴星から質量を受け取った履歴を特定する手法が開発された。マックス・プランク天体物理学研究所のハリム・ジンと、マックス・プランク電波天文学研究所のノルベルト・ランガーが中心となって行った研究で、この成果は学術誌『ネイチャー・アストロノミー』に「Chemical fingerprints of binary mass transfer in massive stars」(巨大恒星における連星質量移動の化学的指紋)と題する論文として発表された。
質量移動は痕跡を消しても化学組成に記録される
宇宙に存在する恒星の大多数は連星系として誕生している。巨大恒星においても約70%が、質量移動が不可避なほど伴星に接近した状態にあるという。恒星は進化とともに膨張するため、伴星との相互作用はほぼ確実に起こる。質量移動が発生すると、その過程は恒星の進化と運命を劇的に変える。伴星との合体や超新星爆発の引き金になることもある。
しかし質量移動そのものは非常に短時間で完結する。恒星の生涯のうち0.1%未満の期間に起こるため、観測で直接捉える確率は極めて低い。その後、質量を受け取った側の恒星が単独の星として存在するようになると、連星だった過去の証拠はほぼ消え去ってしまう。
ジンとランガーが注目したのは恒星の表面に限定した化学組成だ。恒星の内部と外層では元素の構成が異なる。コア(核)では核融合反応により窒素とヘリウムが豊富となり、炭素と酸素は枯渇している。一方、表面は比較的原始的な組成を保つ。質量移動の際、降積する恒星は伴星のコアと表面の両方から物質を受け取るが、これらの物質は降積星の表面にのみ堆積する。
CNO図で隠された過去が明かされる
研究チームは巨大な連星進化モデルのデータベースを詳細に調べ、ヘリウム、炭素、窒素、酸素などの表面存在量にパターンがあることを発見した。窒素と炭素の比率、および窒素と酸素の比率をプロットする「CNO図」では、質量を獲得した恒星が他の恒星から区別される位置に現れるのだ。
この手法を実際に適用すると、ガンマ・コロンバエ(γ Columbae)という謎めいた恒星の真の正体が明かされた。CNO図上で異常な位置に現れるこの星は、かつて質量を受け取った恒星だったのである。
ジンは「恒星の表面化学組成は進化の単なる副産物ではなく、その星の物語の記録そのものです。今では空に単独で見える恒星でさえ、その詳細な歴史を読み取ることができるようになりました」とコメントしている。新しい手法により、星々に刻まれた質量流入の履歴と、降積した物質の量まで含めて、恒星の過去を復元することが可能になった。
出典: Universe Today
