ブラックホール誕生の瞬間を超新星で視る~周期的な明るさの変動を示す超新星の発見~

2026-01-05 京都大学

京都大学の前田啓一教授を中心とする国際研究グループは、せいめい望遠鏡およびすばる望遠鏡による観測から、超新星爆発を伴ってブラックホールが形成される可能性を示す重要な発見を報告した。従来、太陽の数十倍以上の質量をもつ大質量星は、最期に重力崩壊してブラックホールを形成する際、明るい超新星爆発は起こらないと考えられてきた。研究チームは、超新星SN2022esaが特異な「Ic-CSM型」超新星であることを特定し、その光度曲線に極めて珍しい周期的な明るさの変動を発見した。この周期性は、ウォルフ・ライエ星が連星系にあり、星周物質がリング状に分布していたことを示唆する。これらの結果は、ブラックホール誕生の瞬間を光で直接捉えられる可能性を示し、ブラックホール形成過程と連星進化の理解を大きく前進させる成果である。

ブラックホール誕生の瞬間を超新星で視る~周期的な明るさの変動を示す超新星の発見~
超新星SN2022esaの想像図。超新星爆発を起こした星は、もともとは太陽の数十倍の質量をもっていた星が、激しい恒星風により外層を失い、炭素・酸素からなる中心部がむき出しになったウォルフ・ライエ星であったと考えられる。もう一つのウォルフ・ライエ星またはブラックホールと連星をなし、連星の公転運動に伴い、等間隔に連なるリング状の星周構造を作ったと考えられる。©前田啓一

<関連情報>

特異なSN Ic 2022esa: BH-BH連星の前兆として連星中の大質量ウォルフ・ライエ星の爆発? Peculiar SN Ic 2022esa: An explosion of a massive Wolf–Rayet star in a binary as a precursor to a BH–BH binary?

Keiichi Maeda ,Hanindyo Kuncarayakti ,Takashi Nagao ,Miho Kawabata ,Kenta Taguchi ,Kohki Uno ,Kishalay De
Publications of the Astronomical Society of Japan  Published:30 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/pasj/psaf140

Abstract

A class of supernovae (SNe) called SN Ic-CSM are characterized by late-time emergence of narrow emission lines of elements formed in the oxygen core of a massive star. A popular scenario is the interaction of the SN ejecta and O-rich circumstellar medium (CSM), i.e., circumstellar interaction (CSI). Uncovering the progenitor system of SNe Ic-CSM plays a critical role in understanding the final evolution of a massive star to a bare C+O star. In this letter, we present observations of SN 2022esa, which we show is an SN Ic-CSM. Surprisingly, a stable periodicity of ~32 d is found in its light-curve evolution with a hint of a slowly increasing period over ~200 d. We argue that the main power source is likely the interaction of the SN ejecta and O-rich CSM, while the energy input by the post-SN eccentric binary interaction within the SN ejecta is another possibility. In either case, we propose a massive Wolf–Rayet (WR) star as the progenitor, in a WR–WR or WR–BH (black hole) binary that will eventually evolve to a BH–BH binary. Specifically, in the CSI scenario, the progenitor system is an eccentric binary system with an orbital period of about a year, leading to the observed periodicity through the modulation in the CSM density structure. We also show that some other objects, superluminous SN I 2018ibb (a pair-instability SN candidate) and peculiar SN Ic 2022jli (the first example showing stable periodic modulation), show observational similarities to SNe Ic-CSM and may be categorized as SN Ic-CSM variants. Complemented with a large diversity in their light-curve evolution, we propose that SNe Ic-CSM (potentially linked to SNe Ibn/Icn) are a mixture of multiple channels that cover a range of properties in the progenitor star, the binary companion, and the binary orbit.

1701物理及び化学
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