アラートのなく頃に

画像クレジット: B. Quint

このプロジェクトの目標は、 NSF-DOEヴェラ・C・ルービン天文台のデータを使って夜空から珍しい突発現象を発見することです。ルービン天文台は驚異の望遠鏡であり、天体物理学の多くの分野を一変させるでしょう。特に興味深い点として、時空間レガシーサーベイ(LSST)として空の同じ領域を繰り返し何度も撮影することがあります。この繰り返しの観測で天文学者は夜空に起こる変化をとらえることができ、その変化はアラートと呼ばれる形で公開されます。これらの検知した変化が実際に起こっているものかは、明るくはっきりした変化であれば簡単に分かりますが、変化が微妙になると途端に難しくなります。特に背景信号が多く混在するケース（背景の明るい銀河など）がそれに当たります。ここで皆さんの出番です！皆さんにはこうしたアラート画像を見てもらい、それが本物かアーティファクトと呼ばれる偽物、誤検知であるかを見分けてもらいます。ページ上の「分類」タブから始めることができます。

本プロジェクトではヴェラ・C・ルービン天文台が比較的銀河の近傍で検知したアラートについてお見せします。天文台が新たなアラートを公開するたびに画像をアップロードする予定です。つまり、最近観測された画像を見る際は、あなたはその信号を目にした世界で最初の1人になることを意味します！ルービン天文台は最終的に毎晩数百万件以上のアラートを生成しますが、現在はまだそのウォーミングアップの段階でその数は徐々に届くようになります。そのため、現在はプロジェクトの分類データとしてルービン天文台がシステムの試験に使用していた、2024年10月から12月に撮影されたデータ(第1期データプレビューと呼んでいます。)を使用しています。また、どのようなアラートの分類が難しいかを評価するためのシミュレーションデータも混ざっています。

前述のようにこのプロジェクトの目標は珍しく興味深い突発現象を見つけることです。特に私たちが関心のあるのが、超新星爆発を起こす直前の星が変光を起こす（超新星爆発前の変光）現象と、2つの星が共通の外層部分を共有し、合体に近づく（共通エンベロープ現象）です。詳細は後述します。私たちは市民科学プロジェクトによる分類で多くのこうした珍しい現象を発見したいと思います。長期的な目標はこうした現象の最大のカタログを公開することで、複数の論文を出版することです。皆さんの分類は直接、珍しく魅力的な現象の役に立ちます。もっと短期的な目標として、本物の現象をできるだけ早く、なるべく起こってすぐに発見し、最も興味深い現象の一部について他の望遠鏡で追跡することがあります。これによってそこでリアルタイムに何が起こっているかをより深く理解するためのデータを集めることができます。また、近傍宇宙で起こるあらゆる微光変光星についても関心があり、その過程でも他にも多くの驚くべき発見があることでしょう。最後に、このプロジェクトで得られた分類結果を将来的なAIモデルの学習用に共有したいと考えています。このAIモデルがほとんどのケースに対応し、人間は特に興味深いか区別が困難な対象のみ見分ければ良くなります。

超新星爆発前の変光

大質量星は超新星爆発と呼ばれる極めて強力な爆発によってその一生を終えます。現在、多くの超新星が、星周物質（CSM）と呼ばれる大量の物質に囲まれていることが分かっています。しかしその物質がどうしてそこに存在するようになったかは依然として不明です。1つの可能性のある説明として、超新星爆発を起こす前の星からの噴出（アウトバースト）です。この噴出は以下の図のように、超新星爆発として観測される主要の大きな爆発の前の「小さな爆発」として観測できます。この現象は超新星爆発前の変光として知られています。この現象は特定の種類の超新星でのみ観測されており、他では観測されておらず、現在観測された例は極めて少ないです。理由として超新星爆発前の変光を確実に見つけることが難しいからです。ルービン天文台と市民科学プロジェクトの助けを借りて、私たちはこの超新星爆発前の変光の例を数多く発見することを目指しています。これにより、この現象がどれくらいの頻度で発生するのかを決定し、恒星進化の最終段階についてより深い洞察を得ることができ、さらに星周物質がそこに存在する理由を説明するために追加のメカニズムが必要かどうかを評価できます。

共通エンベロープ現象

もう1つ、私たちが見つけたい興味深い現象として共通エンベロープ現象があります。共通エンベロープ現象とは連星系における一過性の現象で、より大きな星である主星がその近くの伴星を飲み込む現象です。この現象は、レーザー干渉計重力波天文台（LIGO）が重力波で検出したような近接連星を生み出すメカニズムとして最有力視されています。共通エンベロープ現象は恒星が年老いて、元の大きさの数百倍にまで膨張を始めたときによく起こります（下の模式図のAとBを参照）。伴星はその外層部を膨張した主星と共有するようになり（模式図のBのオレンジ色の部分）、そのまま公転を続け系にエネルギーを加えると、主星の外層部を押し出すような超新星爆発状の爆発が起こります。その結果近接連星系が残ります（模式図のC）

この現象の物理特性への制約は、模式図のCのような共通エンベロープ系を経た後の天体の観測によって得られてきました。なぜならこの飲み込む現象はたった数か月単位で急速に進むため、まさに飲み込んでいる途中の姿を観測することが困難だからです。今まで進行中の共通エンベロープ現象をとらえた貴重な例は複数ありますが、それは同じ天体を複数の装置で観測していたり、光学重力レンズ実験（OGLE）のような空の長周期変光星を観測している観測所の取り組みのおかげであり、その数は限られています。しかしルービン天文台の登場ですべてが変わると期待されています。ルービン天文台は空全体を、模式図のBとCの間のタイムスケールの範囲内で頻繁に10年間観測し続けます。この新しく豊富な情報源により、研究者は後に残った天体だけに頼ることなく、まさに伴星が飲み込まれている段階に何が起こっているかを理解することができます。これによりこの分野は根本的に変革し、こうした現象を再現するシミュレーションにも生かされます。つまりルービン天文台が共通エンベロープ現象の天体物理学に新しい時代をもたらし、あなたの取り組みはその礎となるのです！