双子星は磁場の効果で近づく

【2026年6月15日 国立天文台天文シミュレーションプロジェクト】

宇宙には太陽のように単独で存在する恒星だけでなく、質量が似た2つの星が互いの周りを公転してペアで存在する「双子星」も多く見つかっているが、どのようにして星同士が近づいていくのかはよくわかっていなかった。

双子星の例。過去にアルマ望遠鏡がとらえた双子の原始星と周囲のガスと塵（提供：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Alves et al.）

2つの星が近づくには回転の勢いを逃がす必要があり、そのためには連星の周囲のガスが重要な役割を果たす可能性が考えられる。星が誕生するときには材料となるガスが星に降り注ぎ、連星は成長しながら動きが変わっていく。ところが、連星の周りのガスは2つの天体を近づけるどころか、場合によっては引き離す方向にはたらく場合があることも、これまでの研究で示されていた。

法政大学の松本倫明さんたちの研究チームは、国立天文台の天文学専用スーパーコンピュータ「アテルイII」「アテルイIII」などを用いて、連星周囲へ流れ込むガスの運動と磁場の効果を同時に取り入れた3次元の大規模シミュレーションを行った。これまでの研究では、計算資源の制約や技術的な困難さから、磁場の効果を取り入れない計算が主流だった。

シミュレーションでは、2つの天体の動きだけでなく、周りできるガスの円盤、外から流れ込むガス、磁場、そして外へ吹き出すガスの流れを同時に追跡した。さらに、連星間距離の200倍にわたる空間のシミュレーションにより、吹き出すガスの流れの様子を現実に近い形で計算した。

「アテルイIII」によるシミュレーションの動画。前半は連星付近を拡大して表示し、動画の後半は計算領域全体を表示。周連星円盤（連星を取り囲む円盤、青）に垂直に伸びるアウトフロー（緑）が回転の勢いを遠くに運んでいることがわかる（提供：Matsumoto, Hotokezaka, Inayoshi 2026、以下同）

その結果、磁場の効果を入れた場合は2つの天体の間隔が小さくなっていき、1周ごとに約0.3～0.7%の割合で縮んでいくことが示された。連星の周りのガス円盤には渦巻き構造の他に、磁場によって乱れたガスの流れが生じ、磁場に沿うようにガスが上下方向へ吹き出していく。これらの働きによって連星が持っていた回転の勢いが外側へ運び去られることで、2つの天体が近づいていく。

連星軌道の進化のシミュレーション結果

今回の成果は恒星同士の連星だけでなく、銀河同士が接近して互いの中心に存在する超大質量ブラックホールが連星となる場合にも応用できると考えられる。ブラックホール連星は最終的に合体し、その際に重力波を放出する。その重力波観測を解釈するうえでも、今回の結果は重要になるかもしれない。