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年老いて大きくふくらんだ赤い星が、何もない空間のまわりを3年あまりかけて回っている。相手の姿は見えず、光も出していない。それでも、星の揺れ方を読むと、相手の重さは太陽の約2.2倍あると分かった。中国の国家天文台などのチームが、この「見えない相棒」を超大質量の中性子星とみる論文を、11月11日に学術誌 Science Advances に発表した。重さだけでなく、2つの星の回り方そのものが、いまの理論ではうまく説明できない。
星が死んだあとに残る、2種類の「重い芯」
太陽よりずっと重い星は、一生の最後に超新星爆発を起こし、中心に重い芯を残す。芯が比較的軽ければ中性子星、重ければブラックホールになる。中性子星は太陽より重いのに直径が20km ほどしかなく、原子がつぶれて中性子がぎっしり詰まった状態だと考えられている。
見つかっている中性子星はたいてい太陽の2倍より軽く、ブラックホールはたいてい太陽の5倍より重い。そのあいだ、およそ太陽の2.5〜5倍の重さの天体はほとんど見つかっていない。この空白は「質量ギャップ」と呼ばれ、たまたま見つかっていないだけなのか、そもそもできにくいのかが長く議論されてきた。
中性子星がどこまで重くなれるかは、中の物質がどれだけ押しつぶされにくいか（「状態方程式」と呼ばれる、圧力と密度の関係）で決まる。地上の実験ではこれほどの密度を作れないので、重い中性子星を1つ見つけて重さを量ることが、そのまま極限の物質の性質を絞り込む手がかりになる。
赤色巨星の揺れから、見えない相手の重さを量る
今回の連星 J0008+0128 で見えているのは、赤色巨星（年老いて大きくふくらんだ星）だけだ。チームは、中国の大型分光望遠鏡 LAMOST と、米国の分光サーベイ APOGEE で長年にわたって測られた、この星の視線方向の速度の変化を集めた。星が見えない相手に引っぱられて近づいたり遠ざかったりすると、光の波長がわずかにずれる。そのずれの周期から、公転の周期は1,218±3日、軌道はほぼ円に近い（離心率0.09）と分かった。
速度の変化だけでは、軌道をどの角度から見ているかが分からず、相手の重さは下限しか決まらない。そこで、欧州宇宙機関の位置天文衛星ガイアが測った、星の空の上での細かな位置のふらつきを組み合わせた。これで軌道の傾きが約73度と求まり、見えない相手の重さは最も確からしい値で太陽の2.20倍になった。推定の方法を変えたときのばらつきまで含めると、太陽の1.8〜2.8倍の幅がある。
太陽の2倍を超える重さの普通の星が相棒なら、明るく輝いて光に混ざるはずだ。チームは APOGEE の近赤外線の高分解能スペクトルを、2つの星の成分に分けられないか調べたが、赤色巨星以外の吸収線は出てこなかった。光を出さずにこれだけ重い天体なので、論文は中性子星か、軽いブラックホールだと結論した。共著者で国家天文台の Song Wang さんは 404 Media に「大型サーベイで10個以上の中性子星を見つけてきたが、J0008+0128 の相手がいちばん重い」と答えている。
最も確からしい値の2.2倍なら中性子星として説明がつき、しかもかなり重い部類に入る。幅の上の端の2.8倍まで行けば、質量ギャップの中に入る。論文が「ギャップの中に置かれる可能性がある」と書くのは、この幅のためだ。
重さより説明しにくい、広くて丸い軌道
この連星でいちばん説明がつかないのは、重さよりも軌道のほうだった。チームは連星の進化の計算を数多く走らせたが、J0008+0128 のような星の性質と軌道を持つ組み合わせは、1つも再現できなかった。
中性子星が重くなる道の1つは、相手の星からガスを吸い取って太ることだ。ところが、公転に3年以上かかるほど2つの星が離れていると、Wang さんによれば、この道筋では説明がつかない。論文も、これほど広く、しかも円に近い軌道は、ふつうの連星の進化の道筋では作りにくいとしている。
チームはいくつかの筋書きを挙げている。1つは、まれに超新星爆発そのものが質量ギャップに届く重い中性子星を作る、というもの。もう1つは、昔この系には星が3つあり、内側の2つが合体して重い中性子星になった、というものだ。Wang さんは、中性子星とふつうの星の合体でも、中性子星どうしの合体でも、今見ている重い中性子星になりうると説明している。どちらが正しいかは、まだ決まっていない。
ガイアの次のデータで、重さの幅を絞る
近年は、ふつうの連星の進化と超新星の理論では説明しにくいコンパクト天体が、いくつも見つかっている。Wang さんは、ガイアが見つけた静かなブラックホール Gaia BH2 や、G3425 という系を例に挙げ、J0008+0128 もその仲間に加わると話している。
見えない相手の重さの幅は、軌道の傾きの不確かさから来ている。404 Media によると、チームは12月に予定されているガイアの次のデータ公開で位置のふらつきがもっと精しく測れれば、重さを絞り込めると期待している。重さが2倍台の前半に落ち着けば、知られている中でも重い部類の中性子星になる。上の端に寄れば、質量ギャップに入る天体が、光らない相棒として見つかったことになる。Wang さんは、連星の進化と超新星爆発の理論には、まだやるべきことが多く残っていると話している。
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出典
- Zhao, X., Wang, S., Xiao, G.-Y., et al., Liu, J. (2026) Discovery of a likely supermassive neutron star in a remarkably wide binary. Science Advances 12(46), eaeg3307. https://doi.org/10.1126/sciadv.aeg3307
- 404 Media（2026年11月11日）Scientists Discovered An ‘Invisible’ Object In Space. It’s Challenging Our Understanding of the Cosmos https://www.404media.co/scientists-discovered-an-invisible-object-in-space/
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