巨大な星の活動で作られた生命必須元素~超新星残骸観測で掴んだ塩素・カリウムの大量生成の証拠~

2025-12-09 京都大学

巨大質量星が超新星爆発を起こす際に、生命に不可欠な元素である塩素とカリウムがどのように生成されたのかは、従来よく分かっていなかった。宇宙に存在するこれら元素量は理論値より一桁多く、その起源は長年の謎であった。京都大学・明治大学らの国際共同研究グループは、XRISM衛星の高分解能X線分光器 Resolve を用いて、超新星残骸「カシオペア座A」を詳細に観測。X線スペクトルから塩素・カリウム元素の明瞭な信号を検出し、爆発元となった太陽の10倍以上の質量をもつ巨大星内部で、これら元素が大量合成されていたことを初めて実証した。さらに、この大量生成は、爆発前の恒星内部が強い対流によって激しく攪乱されていたことで説明できると判明。今回の成果は、生命必須元素の宇宙的供給源に関する重要な手がかりを与えるものであり、Nature Astronomy に掲載された。

巨大な星の活動で作られた生命必須元素~超新星残骸観測で掴んだ塩素・カリウムの大量生成の証拠~

XRISM 衛星による超新星残骸「カシオペア座A」の観測。画像はXRISM/Xtend によって得られたX線画像(青色)とジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡によって得られた画像(赤・緑色)を混合したもの。黄色のX線スペクトルが XRISM/Resolve の観測結果。©明治大学/京都大学/JAXA

<関連情報>

カシオペヤA超新星残骸における塩素とカリウムの濃縮 Chlorine and potassium enrichment in the Cassiopeia A supernova remnant

XRISM collaboration
Nature Astronomy  Published:04 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-025-02714-4

Abstract

The elements in the Universe are synthesized primarily in stars and supernovae, where nuclear fusion favours the production of even-Z elements. In contrast, odd-Z elements are less abundant and their yields are highly dependent on detailed stellar physics, making theoretical predictions of their cosmic abundance uncertain. In particular, the origin of odd-Z elements such as phosphorus (P), chlorine (Cl) and potassium (K), which are important for planet formation and life, is poorly understood. While the abundances of these elements in Milky Way stars are close to solar values, supernova explosion models systematically underestimate their production by up to an order of magnitude, indicating that key mechanisms for odd-Z nucleosynthesis are currently missing from theoretical models. Here we report the observation of P, Cl and K in the Cassiopeia A supernova remnant using high-resolution X-ray spectroscopy with X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission data, with the detection of K at above the 6σ level being the most significant finding. Supernova explosion models of normal massive stars cannot explain the element abundance pattern, especially the high abundances of Cl and K, while models that include stellar rotation, binary interactions or shell mergers agree closely with the observations. Our observations suggest that such stellar activity plays an important role in supplying these elements to the Universe.

1701物理及び化学
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