宇宙で最も密度が高い天体は何か？ 一番明るいのは？ 一番うるさいのは？ 天文学者ブライアン・ゲーンズラーは、彼の新著『Extreme Cosmos』（Perigee, 2012）の中で、これらや他の多くのタイトルの宇宙記録保持者を明らかにしています。 以下の「温度の極限」の章からの抜粋では、ゲーンズラー氏が、知られている最も熱い星の背後にある物理学について説明しています。 火かき棒は鈍いオレンジ色や赤色に光りますし、電球はタングステンのフィラメントを数千度まで熱して黄色や白色に光らせる仕組みになっています。 これらは、ドイツの物理学者マックス・プランクが初めて正しく説明した普遍的なプロセスの特殊な例である。
私たちは、星のさまざまな色を見るたびに、「黒体放射のプランクの法則」として知られるこの効果を目の当たりにすることができます。 私たちの太陽は、ごく普通の星です。
オリオン座にある明るい星、ベテルギウスはもっと温度が低く、約6900度なので、肉眼でも簡単に赤い色をしていることがわかります。 夜空で最も明るい星、シリウス (別名「犬の星」) の表面温度は約18,000度で、これが青みを帯びている理由です。
しかし、肉眼では見えないが、シリウスよりはるかに高温の星もある。この章の後半で少し触れるように、実際の活動は星の中心の奥深くで起こっており、核融合の猛威が数十億年にわたる星の熱と光のすべてを生み出しているのだ。 しかし、典型的な星が燃料を使い果たすと、外層のほとんどが膨張してガスの殻となり、中心核が露出する。 この中心核は、ヘリウムや炭素、より重い元素からなる小さな高密度の球体で、もはや核融合によってガスを燃やすことはありませんが、それでも非常に高温になっています。
それでは、生まれたばかりの白色矮星はどのくらい熱いのでしょうか。 現在の記録保持者は、美しい惑星状星雲の中心に位置しています。 この輝くガス雲は、天文学者の間では「NGC 6537」と呼ばれていますが、より一般的には「赤い蜘蛛星雲」として知られており、いて座の方向に約2,000光年の距離で存在しています。 (1光年とは、光の速さで移動したときに1年で進むことのできる距離で、6兆マイル弱に相当します。
20世紀を通じて、赤いくも星雲の中心の白色矮星は発見されず、その温度も不明なままでした。 このような星が見えにくいのには、2つの理由があります。 1つは、光り輝く周囲の雲の中心に埋もれている小さな天体であること。 多くの場合、惑星状星雲の明るさと複雑さが、その中心星を隠してしまいます。
しかし、もうひとつの理由は、逆説的ですが、星の極度の熱自体が、星をほとんど見えなくしているということです。
しかし、もう一つの理由は、逆説的ですが、星の極端な熱そのものが、その星をほとんど見えなくしているからです。上で見たように、プランクの黒体放射の法則は、物体の温度がその色を決定することを規定しています。
青いシリウスよりもさらに高温の星はどうなるのでしょうか。
青いシリウスよりさらに高温の星はどうなるのでしょうか。その場合もプランクの法則は適用されますが、私たちの目や普通の望遠鏡が感ずる範囲を超えた色で光ります。 特に、シリウスよりもずっと高温の天体は、紫外線やX線で発光します。 このような温度の違いや、黒体放射の法則による色との関係から、紫外線やX線といった一見異なる現象は、実は広い電磁スペクトルの一部に過ぎないことがわかります。
白色矮星は惑星状星雲の奥深くにあり、非常に高温のため可視光線をあまり放射せず、主に紫外線やX線を放射しているのです。 そのため、赤いくも星雲の中心にある超高温の星が、何十年もの間、姿を見せなかったのも不思議ではありません。 2005年、松浦美香子さんたちは、地球の大気圏上空を周回する強力なハッブル宇宙望遠鏡を使って、「赤い蜘蛛」の中心にある白色矮星に相当する小さな光の塊を特定し、ようやくその状況に終止符を打ちました。 この研究により、天文学者はこの星の色を正確に測定し、プランクの黒体放射の法則を用いてその温度を計算することに成功したのです。
その結果は驚くべきもので、赤い蜘蛛星雲の中心にある星の表面温度は54万度で、太陽の50倍以上、強大なシリウスの30倍もあります。
この驚くべき星と、その極限の温度と、それを取り巻く壮大な輝く星雲は、単なる学術的興味以上のものをもっています。
極端な温度と、それを取り囲む壮大な光り輝く星雲を持つこの驚くべき星は、単なる学問的な興味以上のものです。 今から約50億年後、太陽も燃料を使い果たし、同じように外層を剥離する。
