環状星雲（M57）で謎の「鉄の棒」を発見：恒星進化モデルを覆す新たな知見

天文学者たちが、こと座の方向に約2300光年離れた場所に位置する有名な「環状星雲（メシエ57、M57）」を調査したところ、恒星の終末期に関する既存の理論を揺るがす内部構造が発見されました。王立天文学会月報（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）に掲載された研究結果によると、星雲の楕円形の核を横切るように、高度にイオン化された鉄のみで構成される異常なガスの「バー（棒状構造）」が存在することが確認されました。この発見は、星の残骸がこれまで考えられていたよりもはるかに複雑な内部構造を持っている可能性を示唆しています。

1779年にシャルル・メシエによって初めてカタログ化された環状星雲は、低質量の恒星が進化の最終段階で放出したガスが広がる外層であり、これは数十億年後の太陽系が辿る運命でもあります。今回の研究チームは、スペインのラ・パルマ島にある4.2メートル・ウィリアム・ハーシェル望遠鏡（WHT）に搭載された最新機器「WEAVE（WHT Enhanced Area Velocity Explorer）」を使用しました。この分光器の「LIFU（Large Integral Field Unit）」モードにより、星雲全体のスペクトルを同時に捉えることが可能となり、数十年にわたる研究で見逃されてきた微弱な鉄の信号を特定することに成功したのです。

ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（UCL）の天文学者ロジャー・ウェッソン氏が率いる国際チームの分析によれば、この鉄のバーの長さは冥王星の遠日点における公転軌道直径の約500倍に達し、その総質量は火星の質量に匹敵します。2023年10月にLIFUモードでの科学観測を開始したWEAVEは、アイザック・ニュートン・グループが運用するWHTの近代化における中核を担っています。この鉄の構造は星雲内部の楕円層に位置しており、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のデータと鉄の放射マップを照合することで、その存在が検証されました。

科学者たちは、この鉄の形成領域が塵や水素が豊富な暗い領域と一致していることを発見しました。これは、塵が破壊されることで、それまで閉じ込められていた鉄原子が放出された可能性を示唆しています。しかし、この直線的な形状は、通常は球状に対称的な広がりを見せる星の爆発現象としては極めて異例です。さらに、現在の恒星進化モデルでは、この星の親星は超新星爆発を起こすような大質量星ではなく、これほど大量の鉄を生成する能力はないと考えられてきました。他の元素が同様の構造を形成していない中で、鉄をこれほど高度にイオン化させるために必要な極限状態の正体については、依然として議論が続いています。

UCLのジャネット・ドリュー教授を含む研究チームが検討している興味深い仮説の一つは、このバーが赤色巨星の段階で死にゆく恒星によって破壊された岩石惑星の残骸であるという説です。もしこの仮説が証明されれば、消えゆく恒星の周囲にある惑星系の運命について、これまでにない洞察が得られることになります。惑星状星雲は銀河の化学進化において、重元素を星間物質に供給するという重要な役割を果たしています。研究チームは今後、より高い分光分解能での追跡観測を行い、この特異な構造の起源を決定づける計画です。大規模で高度にイオン化された鉄のバーの存在が確認されたことは、恒星の死のプロセスをシミュレーションする上で、極めて重要な新たな制約条件となるでしょう。