建設途中の望遠鏡が写した、星のかけらが星間ガスに溶けるまでの1万年

チリの山の上に、まだ組み立て途中の望遠鏡があります。望遠レンズを何百本も束ねて一台にするという変わった構造の装置で、MOTHRA（モスラ）と呼ばれています。2025年11月、その調整のために、研究チームはみずがめ座の方向にある「らせん星雲」にレンズを向けました。大きくて明るくて、これまで何度も撮られてきた天体です。機械の癖を測るための相手としては、これ以上なく無難な選択でした。

ところが写った画像の外側には、これまで見えていなかった弓なりの光の弧が22本も並んでいました。星が一生の終わりに放り出した物質が、星と星のあいだに漂うガスにぶつかっている場所です。この観測をまとめた論文が、2026年8月12日付の『Nature』に載りました。星が手放した材料がどうやって星間空間に溶けていくのか——その最後の一歩を、ここまではっきり写した画像はありませんでした。

星が最期に手放す物質のゆくえ

太陽くらいの重さの星は、超新星のように爆発して終わるわけではありません。燃料が尽きてくると大きくふくらみ、外側の層を風のように少しずつ吹き飛ばしていきます。残された中心部は白色矮星（はくしょくわいせい＝燃え尽きた星の芯）になり、吹き飛ばされたガスがその周りで光る。これが惑星状星雲で、らせん星雲もその一つです。

このとき放出されるガスには、星の中でつくられた炭素や窒素や酸素が混ざっています。それが星間ガスに混ざり、いずれ次の世代の星や惑星の材料になる。私たちの体をつくっている元素も、この道筋をたどってきました。

ここまでは教科書に書いてある話です。分かっていなかったのは、その途中でした。星から放出される場面と、すっかり星間ガスに混ざったあとの姿は観測できる。けれども、放出された塊がちぎれ、削られ、周りのガスと一つになっていく過程だけは、直接とらえるのが難しいままでした。

理由の一つは、溶けかけの物質が自分ではほとんど光らないことです。星の近くにあるうちは強い紫外線を浴びて電離し（原子から電子がはがれ）、その分だけ明るく光ります。しかし遠くまで運ばれた塊は冷えて中性のまま、望遠鏡には何も写りません。探しに行っても、そこには黒い空しかない。

光らない塊がつくる衝撃波

らせん星雲は地球から約650光年の距離にあり、惑星状星雲のなかでも最も近く、最も明るいものの一つです。中心には、この星雲をつくった星の芯である白色矮星があります。

MOTHRAが写した弧は、星雲の東側だけに集まっていました。片側に偏るのには理由があります。らせん星雲全体が、周りの星間ガスに対して秒速45キロほどで東に向かって動いているのです。進む側では、飛び散った物質と星間ガスがそれだけ激しくぶつかる。反対の西側では速度差が小さく、計算上は明るさが10分の1から100分の1になります。実際、西側にもうっすらとした弧はあるものの、東側に比べて10倍ほど暗いだけでした。

上の図のような、前方に張り出した弓なりの形を弓状衝撃波（バウショック）といいます。船が水面を進むとき、舳先（へさき）の前にできる波と同じ形です。宇宙では、高速で動く塊が薄いガスを押しのけ、押された側が圧縮されて熱せられ、そこが光ります。

研究チームは、22本の弧それぞれに放物線を当てはめました。放物線には焦点があり、そこが「波を押している物体」のいる場所にあたります。ところが、その焦点の位置には何も写っていませんでした。水素の輝線でも、酸素でも、窒素でも、光は検出されない。塊は電離していない、つまり自分では光らない状態のまま飛んでいるということです。

見えないものを、それが押しのけた波の形だけでとらえた——これが今回の観測の入り口になります。

外側ほど小さくなる弧が示す時間

並んだ22本の弧を、中心の白色矮星に近いものから順に見ていくと、はっきりした傾向がありました。内側の弧は大きく、細く、輪郭がくっきりしている。外に行くほど小さくなり、ぼやけ、途切れ途切れの染みのようになっていきます。

この変化は、目で見た印象だけの話ではありません。弧の頂点の曲がり具合（曲率半径）を測ると、白色矮星からの距離が0.4パーセクから1.4パーセク——約1.3光年から4.6光年——に増える間に、およそ100分の1にまで縮んでいました。塊が星間ガスに削られ、小さく、スカスカになっていく過程が、そのまま距離順に並んでいたことになります。

ここで距離を時間に読み替えられます。塊は秒速40キロ前後で外へ広がっているので、中心からの距離を速度で割れば、その塊が飛び続けてきた時間が出ます。この換算で弧の縮み方を追うと、大きさが目減りする時定数はおよそ7000年。つまり、星のかけらが星間ガスにぶつかり始めてから、ひとまとまりの塊としての姿を失うまで、およそ1万年しかない、ということでした。

星が返した物質が「星のかけら」でいられる期間には、期限がある。その長さが数字で押さえられたのは、これが初めてです。

この1万年という数字には、天文学の外側にも用途があります。銀河がどう育ってきたかを計算機で再現するとき、星が放出した物質が周囲のガスにどれくらいの速さで混ざるかは、細かく解くには小さすぎる現象です。そこで簡略化した式で代用するしかなく、その式が正しいかどうかを確かめる実測値がほとんどありませんでした。今回の見積もりは、その手がかりの一つになります。

完成前の望遠鏡が写した画像の位置づけ

MOTHRAは、完成すると1140本の市販望遠レンズ（キヤノンの400mm F2.8）を30台の架台に載せた装置になります。集光力としては口径4.8メートルの屈折望遠鏡に相当し、しかも極端に明るい光学系になる設計です。レンズの前には、透過する波長の幅がごく狭い干渉フィルタが置かれ、これを傾けることで見たい波長を選びます。空に広がる淡いガスの光を写し取ることを狙った望遠鏡です。

今回の観測に使われたのは、最初の5台の架台だけ。レンズの数にすると190本ほどで、計画全体の2割にも届きません。それでも得られたデータは、完成後のMOTHRAなら20分ほどの露出に相当する量でした。装置の一部だけで、これまで誰も見ていなかった構造が写ったことになります。全体の完成は2026年内が見込まれています。

共著者のロベルト・エイブラハム氏（トロント大学）は、よく知られた星雲の校正画像を撮っているつもりだったと振り返り、代わりに弓なりの構造の網目が現れたと述べています。同じ研究チームは、この望遠鏡を本来は銀河の形成と進化を調べるために作っていると強調しています。今回の画像は、その道具の性能を示す最初の一例という位置づけです。

研究チームは、太陽もいずれ同じ過程をたどると指摘しています。数十億年先に外層を手放し、その材料が天の川銀河の循環に入っていく。そのときに起きることの一部が、650光年先ですでに進行しているわけです。

解釈上の留意点

まず、この弧をつくっている塊は「星が死んだ瞬間」に出たものではありません。塊の運動から逆算した年齢は2万〜3万年で、らせん星雲そのものができた約1万2000年前より古い。星が最期を迎える少し手前、外層を風として吹き出していた段階に放たれた物質が、いま星間ガスと衝突している、という順序です。

約1万年という時間も、桁の目安として受け取るのが妥当です。弧が空のどちらを向いて傾いているかは分からないため、塊の実際の位置には幅があります。論文でも、これは「まとまった塊と衝撃波の組み合わせが保たれる時間」であって、質量が失われる速さそのものを測ったものではないと断られています。

同じ構造が他の惑星状星雲でも見つかるかどうかも、まだ分かりません。研究に加わっていないノースカロライナ州立大学の天体物理学者カジミエシュ・ボルコフスキ氏は、らせん星雲は周囲のガスに対する動きが速く、明るい弓状衝撃波ができやすい条件がそろっている点を挙げ、他ではそうならない可能性を指摘しています。論文自体も、こうした構造が見つかりやすいのは星雲の動きが秒速40キロを超える場合だろうと書いています。裏を返せば、完成後のMOTHRAで何個見つかるかが、この解釈を試す機会になります。