ピークまで88日かかった超新星

超新星1987Aは、水素に富む星が爆発したあと、時間をかけて明るくなることがあると天文学者たちに教えた。数日で燃え上がるのではなく、約100日かけてゆっくりと明るくなったのだ。それは小さな一族、「87A型」超新星の原型となった。知られているのは約30個で、重力崩壊するすべての星のおよそ1.4%にあたる。

ここ数年、広い範囲を観測する掃天観測によって、この一族の中でも極端なものがいくつか見つかっている。ほかのものよりはるかに明るく、長く続くものだ。それらは、生まれたばかりの中性子星から出るニュートリノが星を吹き飛ばすという、通常の仕組みでは説明が難しい。

ゆっくりとした巨人

2023年5月11日、カリフォルニアのツビッキー・トランジェント・ファシリティ（ZTF）が、赤方偏移0.1020、つまり約485メガパーセク——16億光年——離れた小さな銀河に新しい天体を見つけた。SN 2023iop と名づけられたこの天体を、イスラエルのワイツマン科学研究所のスティーヴ・シュルツェ（Steve Schulze）が率いる国際チームが、紫外線から電波までの望遠鏡を使って600日以上にわたって追跡した。

• ピークに達するまで少なくとも88日かかった。見つかったときにはすでに明るくなりつつあったので、実際の増光期間はもっと長い。
• ピーク時には絶対等級**−20.1に達した。これは同じ一族のそれまでの記録保持者 OGLE-73 より約0.9等級明るく、SN 1987A より3.7〜4.0等級**明るい。この尺度では数値が小さいほど明るく、1等級ごとに約2.5倍の違いがある。
• 放射したエネルギーは少なくとも4.3 × 10⁵⁰ エルグで、おそらく10⁵¹に近い。エルグはごく小さなエネルギーの単位だが、それでも太陽が数十億年かけて放射する量にあたる。
• そのスペクトルは、水素に富む通常の超新星のものに似ている。しかし変化がきわめてゆっくりしている。ピークからほぼ1年たっても、SN 2023iop は、外層が透明になって中心核の線が見えるようになる段階——SN 1987A が約100日で達した段階——にまだ入っていなかった。

SN 2023iop（黒）を、SN 1987A、SN 2018hna、極端な現象である OGLE-73 と SN 2020faa、そしてZTFの掃天観測による87A型超新星（灰色）と比べたもの：そのどれよりも明るく幅広い。— 図18、Schulze et al. (2026), arXiv:2610.27312.

ニュートリノには多すぎるエネルギー

ニュートリノが引き起こす爆発には決まった予算がある。生まれたばかりの中性子星は約3 × 10⁵³ エルグを放出し、シミュレーションではそのうち約1%が運動に変わり、通常の超新星が放射するのはわずか約10⁴⁹ エルグだ。SN 2023iop に見合うには、この連鎖全体が約50倍効率的でなければならない。もしそうなら、より速い放出物や、周囲のガスとの衝突の痕跡として現れるはずだ。そのどちらも見られない。

光度曲線からは、さらに2つの手がかりが得られる。ゆっくりとした増光は、太陽質量の12倍を超える物質が放出されたことを意味する。そして、多くの超新星のようにピークが放射性のニッケル56によって支えられていたとすると、それは太陽質量の約2.2倍も必要になる。これはニュートリノが引き起こす爆発でつくれる量を超えている。著者らは、これが上限値であり、放射能が支配的な場合にのみ成り立つことを強調している。

ニッケルの指紋

最も雄弁な手がかりは、遅れて現れた。ピークから326日目までに、スペクトルの7,300オングストローム付近に2つ目のこぶが成長していた。140日目まではなかったものだ。チームはこれを、暫定的に安定なニッケル58の線だと同定しており、その量は、ガスの温度が5,000 Kなら太陽質量の約0.017倍、3,000 Kならその10倍ということになる。

これが重要なのは、通常の重力崩壊する星がつくる量はその約10分の1だからだ。こうした量に達するのは、ヘリウムの核が太陽100個を超える対不安定型超新星のモデルだけである。この経路が開くのは、ヘリウムの核が太陽のおよそ65〜130倍の星だ。そこでは、核を支えている光子を犠牲にして電子と陽電子の対が生まれる。その圧力を奪われた核は収縮して高温になり、核融合が一気に暴走して、星全体を破壊するほどの爆発になる。比較に使ったほかの超新星には、このこぶは見られない。

合うもの、合わないもの

太陽質量の190倍の赤色超巨星が対不安定型の爆発を起こすという、すでに発表されているモデルは、増光、ピーク、スペクトルに驚くほどよく合う。ただし、それはピークから150日後までだ。そのあとは合わなくなる。モデルではコバルト56の崩壊にともなって100日あたり約1等級暗くなるのに、SN 2023iop は100日あたり0.2等級しか暗くならず、青い光ではモデルより最大3.5等級（赤い光では0.7等級）明るいままで、モデルより青かった。

SN 2023iop（黒い点）と、太陽質量190倍の対不安定型モデル2つを3つの色で比べたもの：赤色超巨星のモデル（赤い線）はピーク後約150日まではデータに沿っているが、その後はデータより下に落ちる。— 図13（上段）、Schulze et al. (2026), arXiv:2610.27312.

チームはほかの可能性も検討した。塵が以前のピークの光を反射する「光のエコー」は、スペクトルがなめらかに変化していることから否定される。中心のブラックホールや中性子星に物質が落ち戻るという説は、全体の形は合うものの、色が合わない。星が死ぬ前に放出し、円盤の中に隠れていたガスとの衝突は、エネルギー的には可能で、ふつう見られる幅の狭い線を残さずに晩期の輝きをまかなえるかもしれない。ほかに2つの手がかりが、この星が普通ではなかったことを示している。0.8〜1.0%偏光した光は、非対称な爆発のしるしだ。そして母銀河は太陽質量の約1.5億倍の矮小銀河で、重い元素に乏しいとみられる。これは、星がこれほど巨大な核を保つための条件である。

遠方の宇宙への警告

著者らは、対不安定型の爆発が最も妥当なシナリオであり、晩期の過剰な輝きは隠れた相互作用によるものだと結論づけている。限界についても明言している。ニッケルの同定は1本のスペクトル線にもとづいており、確認が必要だ。そして SN 2023iop は「複数の」エネルギー源を「必要とするように見える」。

彼らはまた、将来の掃天観測への教訓も引き出している。SN 2023iop の奇妙な晩期のふるまいは、もっと遠くにあれば見えなくなってしまう。赤方偏移0.3を超えるとルービン天文台の1枚の画像の検出限界を下回り、赤方偏移2〜6を超えるとジェイムズ・ウェッブの掃天観測の限界を下回るのだ。遠くから見ていたら、これは「何の留保もなく」対不安定型の候補とされていただろう。したがって、遠方の候補は実際よりもすっきりして見えるかもしれない。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による観測がすでに承認されており、シナリオを見分ける手がかりとなる塵や赤外線の線を SN 2023iop で探すことになっている。