ニュートリノの「フレーバー」が決める巨大星の最期
巨大な星が寿命を迎えるとき、その最期の道は千差万別だ。激しい爆発として輝く超新星になるか、あるいは静かに崩壊してブラックホールへと沈むか。研究チームの新たなシミュレーションが、この運命の分岐点にニュートリノ（neutrino）が関わっていることを示した。Gogilashvili とTamborraの研究によれば、ニュートリノのフレーバー変換が、星の最終的な運命を左右する決定的な要因である可能性が高い。
ニュートリノのフレーバーとは何か
ニュートリノは電荷を持たない、電子などの荷電レプトン（charged lepton）の低質量の従兄弟粒子だ。長年、物理学者たちはニュートリノが質量を持たないと考えていた。だが後の研究で、ニュートリノは微かな質量を持ち、この質量があるからこそ、あるフレーバーから別のフレーバーへと変換できることが判明した。ニュートリノには電子型、ミューオン型、タウオン型の3つのフレーバーが存在する。
何が星の運命を分けるのか
巨大星の核が崩壊する際、莫大な量のニュートリノが生成される。ニュートリノは他の物質と強く相互作用しないため、ほとんどのニュートリノは核から容易に逃れ出ていく。従来のシミュレーション計算では、これらのニュートリノを重視しなかった。質量が小さく、早期に現場を離れるため、最終的な結果に大きな役割を果たすとは期待されなかったのだ。
しかしニュートリノのフレーバーは異なる質量を持つ。ここが重要だ。フレーバー変換の状態が異なれば、核を直接ブラックホールへと崩壊させるのに十分な質量があるかないかが変わる可能性がある。
研究チームは9太陽質量から120太陽質量の範囲にある195個の星の前駆星（progenitor stars）に対して、異なるフレーバー変換比で星の核崩壊シミュレーションを実施した。結果は予想外だった。わずかなフレーバー変換でさえ、星の運命を逆転させることができるのだ。
この効果は16～30太陽質量の星の範囲で最も強く出現する。つまり、この質量帯のほぼすべての星は直接ブラックホールへと崩壊することを意味している。より小さな星と最も大きな星は、ニュートリノのフレーバー変換が特に強くない限り、超新星として爆発するとされる。
この発見は、予想より多くのブラックホール形成が起きている可能性を示唆する。同時に、銀河における星の形成速度の割に超新星の観測数が少ないという謎の説明にもなり得る。次の段階は、このニュートリノフレーバー変換が本当に主要な役割を果たしているか確認することだ。大規模な全天サーベイが実運用に入れば、爆発前の星や爆発の臨界段階にある星の像をとらえることができるようになる。宇宙で最も軽い素粒子が、恒星進化の謎を解く鍵となるかもしれない。
出典: Universe Today
