JJEM：ジェット駆動型超新星爆発メカニズム

ジッタリング・ジェット爆発メカニズム (JJEM) は、新たに形成されたコンパクト天体から放出される複数の確率的で高エネルギーなジェットのペアによって、重力崩壊型超新星が引き起こされることを示唆する、新進の理論的枠組みである。画期的な研究において、研究者の Noam Soker は、このメカニズムが超新星残骸 J0450.4-7050 の構造を決定づけた明確な設計者であることを特定した。この発見は、宇宙で最も質量の大きい星々がいかにしてその激しい最期を迎えるのかという、現在進行中の議論における重要な証拠となる。

超新星残骸 J0450.4-7050 はどこに位置しているのか？

超新星残骸 J0450.4-7050 は、天の川銀河の近傍の伴銀河である 大マゼラン雲 (LMC) 内に位置している。座標 RA(J2000) = 4h 50m 26.8s、Dec(J2000) = -70d 50m 45.5s に位置するこの残骸は、天文学者がかつてないほどの鮮明さと詳細さで 超新星 の進化を観察できる「宇宙の実験室」に存在している。

重力崩壊型超新星 (CCSN) 残骸である J0450.4-7050 の詳細な分析は、近年の天文学的サーベイによる多波長イメージングを統合することで可能となった。電波、可視光、X線データを調査することで、研究者は星間物質を透かして、数千年前に発生した恒星爆発の残骸をマッピングすることができる。LMC が近接していることは、より遠方の銀河では隠れてしまうような構造上の微細な差異を特定するのに理想的な場所であり、爆発の最後の瞬間の厳密な調査を可能にする。

SNR J0450.4-7050 にとって「Veliki」は何を意味するのか？

「Veliki」 というニックネームはセルビア語で「大きい」を意味し、その巨大な物理的寸法を反映して SNR J0450.4-7050 に付けられた。この残骸は約 489×264光年 に及ぶ広がりを持ち、これまでに特定された中で最大級の超新星残骸の一つとして確立されており、その形態的歴史と爆発エネルギーの再評価を促した。

Veliki の純粋な規模の大きさは、その複雑な 点対称の形態 と一致している。この対称性は、3組の異なる構造的特徴によって定義される。すなわち、2組の「イヤー（耳）」、長軸の南北に伸びる1組の「ブロウアウト（噴出）」、そして1組の「デント（くぼみ）」である。これらの特徴は単なるガスのランダムな塊ではなく、残骸の中心を通る軸に沿って正確に並んでいる。この幾何学的な精密さは、親星の崩壊中に発生した、激しくも高度に秩序だった一連の事象を暗示している。

「Veliki」残骸を理解するには、内部と外部の両方の放出物（イジェクタ）に注目する必要がある。Noam Soker は、これらの特徴の配置が、周囲の星間物質との外部的な相互作用ではなく、内部の力によって形成されたことを示唆していると主張している。内部放出物の構造的特徴が外部シェルの特徴と完全に一致する場合、外部のガスはこれほど広大な距離にわたって同期した点対称のパターンを生み出すことはないため、それはジェット駆動による成形を示す「動かぬ証拠（スモーキング・ガン）」となる。

この発見は、いかにしてニュートリノ駆動型超新星メカニズムに異を唱えるのか？

この発見は、ニュートリノ駆動型超新星メカニズムに異を唱えるものである。なぜなら、従来のモデルでは Veliki のような残骸に見られる 点対称の形態 を説明することが困難だからである。ニュートリノ駆動型モデルは爆発を誘発するために加熱と流体力学的不安定性に依拠しているが、通常はより無秩序で構造化されていない対称性をもたらし、完全に整列した複数のジェットのペアを説明することはできない。

しかし、ジッタリング・ジェット爆発メカニズム (JJEM) は、まさに SNR J0450.4-7050 で見られるような構造を予測している。JJEM によれば、巨大な星が崩壊する際、中心の中性子星またはブラックホールの周囲に降着円盤が形成される。この円盤は、崩壊する星のシェル内の角運動量の確率的な性質により、「ジッター（小刻みに揺れる）」したり方向を変えたりするジェットのペアを放出する。これら複数のジェットのペアが、現在の残骸に見られる「イヤー」や「ブロウアウト」を刻み込み、爆発プロセスの永続的な形態学的マップを残すのである。

Veliki に少なくとも3組の高エネルギーなジェットが存在することは、爆発が単一の球状の破裂ではなく、一連の指向性のあるエネルギー注入であったことを示唆している。この発見は、CCSN の主要なメカニズムとして JJEM を強く支持するものである。もし 超新星 がニュートリノのみによって引き起こされたのであれば、結果として生じる残骸には、ジェット活動の典型的な指標である南北のブロウアウトや二次的なイヤーといった特定の「点対称」の配置が欠けている可能性が高い。

天体物理学における点対称性の意味

超新星残骸における 点対称性 は、死にゆく星の中心部で起こっている物理現象の化石記録として機能する。J0450.4-7050 においてこれらのパターンを特定することで、研究者はそれらを生じさせたジェットのエネルギーと方向を逆算することができる。この手法は、焦点を単純な体積膨張から、重力崩壊中に角運動量がどのように再分配されるかという、より複雑な理解へと移行させる。

• ジェットのペア: 3つの明確な高エネルギーのペアリング（イヤー、ブロウアウト、デント）の特定。
• 対称軸: 内部と外部の放出物間の構造的な整列により、内部起源であることが確認された。
• エネルギースケール: Veliki の巨大なサイズは、爆発期間中持続した非常に高エネルギーなジェット活動を示唆している。

さらに、Veliki の研究は、他の既知の残骸のより広範な再評価を促している。もし点対称性が例外ではなく一般的な特徴であるならば、ジッタリング・ジェット爆発メカニズムは理論的な代替案から、高エネルギー天体物理学における主要なモデルへと移行する可能性がある。重元素の元素合成や中性子星の誕生に関する我々の理解への影響は深刻である。なぜなら、ジェット駆動モデルは放出された物質の熱的および化学的履歴を変化させるからである。

今後の方向性：Veliki の次なる展開は？

今後の研究は、ジェットによって刻まれた領域の化学組成を確認するための高解像度分光観測に焦点が当てられる可能性が高い。SNR J0450.4-7050 の「イヤー」や「ブロウアウト」内の速度と元素含有量を測定することで、天文学者は JJEM とニュートリノ駆動の痕跡をさらに区別することができる。これにより、爆発の流体力学とジェット放出の正確なタイミングをより詳細に把握することが可能になる。

最終的に、Veliki のユニークな形状の発見は、宇宙で最も巨大な爆発が決して単純なものではないことを思い出させてくれる。Noam Soker の研究が示唆するように、今日我々が観察している 超新星 残骸は、星が均衡を求めて最後に行った必死の闘争の複雑な青写真であり、その闘争はやがて星を引き裂く強力なジッタリング・ジェットによって定義される。この研究は、研究拠点としての 大マゼラン雲 の重要性を浮き彫りにするだけでなく、死にゆく星が残した傷跡を我々がいかに解釈するかについての新たな基準を打ち立てるものである。