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明治大学理工学部物理学科の佐藤寿紀専任講師、同大学院理工学研究科物理学専攻の久保池結（博士前期課程1年）、東京大学大学院理学系研究科の梅田秀之准教授、京都大学大学院理学研究科物理学?宇宙物理学専攻の松永海（博士課程2年）（日本学術振興会特別研究員）、内田裕之助教、同大学基礎物理学研究所の吉田敬 国際プログラムコーディネータらの国際共同研究グループは、超新星残骸「カシオペア座A」のX線観測 （図1）から、大質量星が一生の最期に引き起こす超新星爆発の直前のわずか数時間の間に、激しい核燃焼によって星の内部構造が破壊されていた証拠を掴みました。大質量星の寿命は数百万年から数千万年程度と言われていますが、その最期の数ヶ月から数時間の間に星の内部は激しい核燃焼によって劇的な進化を遂げます。一方で、通常の星を観測してもその内部進化の情報は得られません。本研究グループは、星の死後300年以上経った超新星爆発の名残「超新星残骸」の元素情報から、その恒星時代最期の記憶を辿る新手法を確立しました。

本研究では星そのものではなく、星の死後に残る「超新星残骸」に着目することで、世界で初めて大質量星の「死に際の瞬間」の情報を引き出すことに成功しました。図2に示すように、大質量星は進化の最終段階で、その中心領域に密度の高い “コア” を形成します。通常の星の観測では、分厚い外層に取り囲まれたこのコアの情報を引き出すことができませんが、星が爆発してそのコアの物質が周囲にばら撒かれると、そこから内部の情報を引き出せるはずです。例えば、星は内部の核融合反応によって最終的には中心から鉄、シリコン、酸素、炭素というように、重い元素から軽い元素が積み重なった玉ねぎのような層構造（以後、「玉ねぎ構造」）を形成すると考えられています。近年の理論計算では、星が死ぬ直前に起こる激しい核融合反応がこの玉ねぎ構造を破壊するような現象が予言されていました（図2）。我々は超新星残骸カシオペア座AのX線観測データから、その恒星内部コアで形成された異なる元素が不均一に混じり合っていることを発見し（図1）、これが玉ねぎ構造の破壊現象（通称「シェルマージャー」）によるものであると結論づけました。この不均一な元素の混合を説明するためには、星の死ぬわずか数時間前にこのシェルマージャーが起きたことを示唆しており、まさに星の「死に際の瞬間」を捉えた結果と言えます。