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超新星爆発の仕組みと被害を受ける領域

超新星爆発

当ブログでも幾度となく取り扱っている超新星爆発

地上の生命が死ぬときとは違い、恒星は最後に大爆発を起こして周辺の天体を巻き込み壮大な最後を遂げるのです。

超新星爆発は恒星の最後の姿としてたまに観測される事がありますが、私たちが影響を受けることは無いためかその危険性は知られていません。

超新星爆発は25光年の範囲は生命の半数が死滅すると考えられ、地球との距離25光年以内に恒星が10個ほどあるとされているため心配ですよね。

実際のところはどうなっているのか気になります。

ここで改めて超新星爆発の仕組みや周辺の領域への影響について考えて見ます。

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超新星爆発は質量の大きな恒星が核融合の燃料が尽きたときに起きる

明るく輝く恒星も永遠に存在することは無く、やがて死を迎えるときが来ます。

それが超新星爆発を起こした時とされ、それは核融合の燃料が尽きたときです。

しかも超新星爆発を起こすのは質量の大きな恒星であることが条件で、太陽の8倍以上の質量が必要と考えられています。

太陽は超新星爆発を起こすことなく、最後には周囲にガスを放出しながら縮んでいき白色矮星になると考えられています。

いずれにしても恒星の最後は燃料が尽きて核融合が停止した時点であるというのが一般的な認識です。

では何故、核融合が終了すると超新星爆発が起きるのでしょうか?

それは中心部に核融合を起こさない安定した物質が生成されるからです。

質量の大きな恒星の内部は最終段階ではいくつもの層に分かれる

恒星は水素を燃料として核融合を起こしてヘリウムに変換され、中心部ではヘリウムで満たされていきます。

しばらくヘリウムが溜まっていき中心部がさらに高温、高圧になると今度はヘリウムが核融合を起こして炭素に変換されていきます。

こうして恒星の内部は次々と重い元素に変換され、最終的には鉄が生成され、それ以上核融合を起こすことはなくなります。

というのは鉄は安定した物質なので熱を吸収する働きがあるため核融合を起こせないからです。

このとき恒星の内部はいくつもの元素が層となっています。

こんな感じです。
恒星の内部

 

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超新星爆発は核融合が停止して起こる

恒星が球状を保っているのは、核融合による表面へ膨張しようとする力と、自らの重力による中心部への縮もうとする力でバランスがとれているからです。

しかし最初は水素による核融合が出来ていたものが、次々と重い元素で核融合を起こして最後には鉄になるということは、やがて核融合も終了してしまうということ。

ということは表面に向かって膨張しようとする核融合反応が無くなるので、残るは中心部へ縮もうとする力だけになります。
重力崩壊

するとそれまで球状を保っていた恒星の全ての物質が中心核に向かって縮んでいく、「重力崩壊」を起こし、中心核とぶつかることで超新星爆発を起こすと考えられています。

超新星爆発のエネルギーは膨大で、太陽が100億年かけて放出したエネルギーの総量を一瞬にして放出してしまうといいます。

超新星爆発により飛び散った物質は、その後他の星の材料にもなることから、超新星爆発は星の死ではなく誕生するためのきっかけと考える人もいます。

そもそも私たちの体もこうした元素の組み合わせにより出来たもので、超新星爆発が無ければ生命の存在は無かったといえます。

そう考えると超新星爆発は未来への“スターターピストル”なのかもしれません。

動画で分かりやすく解説:BBC 神秘の大宇宙 DVD全9巻

近くの超新星爆発でオゾン層が破壊される

オゾン層

恒星が超新星爆発を起こすとガンマ線やX線を発生させ、地球に到達すれば大気中のオゾン層を破壊させる働きがあるとされています。

オゾン層は有害な宇宙線から生命体を守る働きがあるため、もしオゾン層が無ければ私たち人類に有害な紫外線を大量に浴びることになり、DNAを傷つけるなどして人類は存続の危機に立たされるだろうと考えられています。

 

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超新星爆発による被害は数千光年までも及ぶ

超新星爆発は強烈なガンマ線を放出し、周辺の惑星を襲って生命体を絶滅させるほどの威力があるとされています。

これを「ガンマ線バースト」と呼んでいますが、ガンマ線を浴びた半径5光年以内の惑星に住む生命体は絶滅し、25光年以内なら半数が死滅、50光年以内でも壊滅的な被害を被ると考えられています。

そのイメージ動画がこちら

出典:ALMAJapanChannel

実際にこうしたガンマ線はいくつも観測して超新星爆発によるものと確認できた事例もあります。

ただし、これまで観測されたガンマ線バーストは天の川銀河の外からだけであり、天の川銀河内でのガンマ線バーストが発せられれば大量絶滅の可能性があります。

ガンマ線による被害は数千光年離れた惑星にも及ぶとされ、地球にもかつて超新星爆発によるガンマ線を受けて多くの生命体が一瞬に絶滅したとされる記録が残されています。

約4億4400万年前のオルドビス紀末に起きた大量絶滅もガンマ線バーストが原因との説が有力です。

この説は2005年アメリカのNASAとカンザス大学との共同研究により発表された説で、なんと6000光年先から地球を直撃したガンマ線バーストだと考えられているのです。

近年話題になっているベテルギウスの超新星爆発もガンマ線を発すると考えられていますが、ベテルギウスまでの距離が640光年ということを考えれば安心は出来ません。

しかしガンマ線バーストは恒星の自転軸から2度の範囲に集中しているといった特徴があるため、割と狭い範囲に限定されます。

幸いにも地球は自転軸から20度もずれているのでまずは安心してよさそうです。

詳しい解説はこちら:ベテルギウスが超新星爆発すると衝撃波で人類が絶滅?

ガンマ線バーストが発生するのは太陽質量の30倍以上の恒星

ガンマ線バーストが発生する超新星爆発

超新星爆発を起こすのは太陽質量の8倍以上とされていますが、ガンマ線バーストを起こす恒星はさらに重い恒星とされ、太陽質量の30倍以上と考えられています。

太陽質量の30倍以上といえば超新星爆発後にブラックホールが出来る条件ともされ、それだけガンマ線バーストの威力が物凄いエネルギーというの分かります。

ただ、これまで観測されているガンマ線バーストは天の川銀河の外というくらい非常に珍しい現象で、一つの銀河で数百万年に一回しか発生しないとされています。

超新星爆発が予想されているベテルギウスの質量は太陽の25倍とされていますから、ガンマ線バーストを起こすには質量不足のような気がしますが、さてどうなりますか・・・

 

 

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