Cows, Tasmanian Devils, and Other Mysteries: Diversity and Origins of Luminous Fast Blue Optical Transients
このレビュー論文は、AT2018cowやAT2022tsdといった高輝度高速青色光学的トランジェント（LFBOT）の発見、特有の観測的性質、および提案されている理論モデルを調査し、その起源、ならびに恒星進化とコンパクト天体形成への影響をより深く理解することを目的としている。
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一世紀もの間、天文学者たちは、超新星として知られる星の劇的な死を求めて夜空を見守ってきました。これらの爆発は、宇宙が重元素をリサイクルする方法であり、通常は予測可能な台本に従います。すなわち、巨大な星が燃料を使い果たし、その核が崩壊し、衝撃波が外層を吹き飛ばすというものです。その結果生じる光の閃光は、爆発の中で形成された元素の放射性崩壊によって、数週間にわたって徐々に減衰していきます。しかし、ここ20年間の間で、強力な新しい望遠鏡が、異なる種類の星の死を捉え始めています。これらは、かつてのゆっくりと消えていく巨星ではなく、数日のうちに現れては消える、束の間の輝かしい閃光です。これらは青色、つまり非常に高温であることを意味しており、標準的な超新星よりもはるかに明るいことがよくあります。これらの高速な閃光のいくつかは、現在では希少なタイプの超新星として理解されていますが、特定のグループについては、星の死に関する標準的な説明を拒む、深い謎のまま残っています。
この謎の中心にあるのは、LFBOT（ルミナス・ファスト・ブルー・オプティカル・トランジェント：輝く高速青色光過渡現象）と呼ばれる一連のイベントです。2018年に発見され、「ザ・カウ（牛）」と名付けられた最も有名な例は、近くの銀河に現れ、これまで見たこともないような挙動を示しました。それは単なる明るい閃光ではありませんでした。それは多感覚的な爆発でした。可視光でまばゆく輝いた一方で、X線や電波においても強力で変動的な信号を放出しました。ほとんどの超新星は、これらの高エネルギー帯域では静かであるか、あるいは気づかれる前に消えてしまいます。「ザ・カウ」と、その後発見された数十の同様のイベントは、単純な爆発よりもはるかに強烈で持続的な何かによって駆動されているようでした。それらは、ブラックホールや中性子星のようなコンパクト天体が物質を喰らい、内側から爆発を駆動している「セントラル・エンジン（中心エンジン）」の存在を示唆していました。
『Reports on Progress in Physics』誌に掲載された包括的なレビューにおいて、天文学者のアンナ・ホーとウェンビン・ルーは、これらの不可解なイベントの物語を繋ぎ合わせるために、利用可能なすべてのデータを収集しました。彼らは、明るさが時間の経過とともにどのように変化するかを追跡するライトカーブ（光度曲線）と、放出されるガスの化学組成を明らかにするスペクトルを調査しました。その結果、これらの過渡現象はわずか数日でピークの明るさに達し、その後、標準的な超新星の放射性崩壊では説明できないほど急速に減衰することを発見しました。この急速な進化は、放出されている物質が非常に軽く、おそらく太陽の10分の1以下の質量でありながら、光速の10パーセントにも達する驚異的な速度で移動していることを示唆しています。
このレビューは、これらのイベントの最も不可解な側面は、X線と電波の放射の挙動であると強調しています。ザ・カウの場合、X線は単に消えていったのではなく、数日間にわたって激しく明滅し、変動しました。また、電波は、星が死ぬ直前に放出した高密度のガス雲の中を衝撃波が突き進んでいることを示唆していました。この高密度のガスは、周囲環境物質（サーカムスターステラー・マテリアル）と呼ばれ、爆発にとっての「壁」として機能します。中心エンジンからの高速移動する破片がこの壁に衝突すると、電波を発生させる衝撃波が生じます。このガスが非常に高密度で星の近くに存在していた事実は、死にゆく星と伴星との間の激しい相互作用、あるいは、最期の一瞬における猛烈な質量放出があったことを示唆しています。
著者らは、起きている現象を説明するために、さまざまな理論を体系的に検証しました。一つの考えは、これらが単に、星の外層が剥ぎ取られた希少なタイプの超新星であるというものです。しかし、極端な明るさと特有の減衰の仕方は、標準的な放射性エネルギー源によるものであるという説を否定しています。もう一つの可能性は、ブラックホールが通りかかる星を引き裂く、いわゆる「潮汐破壊イベント」です。これは明るい閃光を生み出すことがありますが、これらのイベントが発生する特定の環境――ブラックホールが通常存在する銀河の中心部ではなく、若い星形成銀河の外縁部であること――が、この説明を困難にしています。レビューでは、急速に回転し、高度に磁化された中性子星、すなわちマグネターが爆発を駆動しているという考えも検討されています。これは初期の明るさには適合しますが、最初の閃光から数年経っても見られる、長期的で安定した輝きを説明するには苦慮します。
レビューから浮かび上がっている最も有望な説明は、ブラックホールや中性子星などのコンパクト天体と、大質量星との間の劇的な合体、あるいは接近戦を含むシナリオです。このシナリオでは、コンパクト天体が星の中に螺旋状に落ち込むか、あるいは星の外層を剥ぎ取り、ガスが渦巻く円盤を作り出します。このガスがコンパクト天体に落下するにつれて、膨大なエネルギーが放出され、強力な風やジェットを駆動して周囲の物質を吹き飛ばします。このプロセスが、目に見える高速で熱い青い光を生み出し、高密度のガスシェルの相互作用がX線と電波を生み出します。レビューによれば、このエンジンは標準的な超新星の短い閃光とは異なり、数日から数週間にわたって活動し続けることができるため、これらのイベントがなぜこれほど異なって見えるのかを説明できるとしています。
こうした進展にもかかわらず、著者らは、全体像はまだ完全ではないと強調しています。彼らは、中心エンジンの正確な性質（それがブラックホールなのか中性子星なのか）や、星の周囲にガスがどのように配置されているかの詳細が依然として不明であることを指摘しています。このクラスのイベントの中には、数分間しか続かない突然の光学フレアや、予想よりも遅れて現れる近赤外線の輝きなど、独自の特性を示すものもあり、現在のモデルではまだ十分に捉えきれない複雑な物理学の存在を示唆しています。レビューは、これらのイベントは稀なものであり、おそらく1,000回から10,000回の重力崩壊型超新星につき一度程度発生するものであると結論付けています。
この謎を解明することの意義は、単に新しいタイプの爆発を分類することに留まりません。これらのイベントは、大質量星の最期の瞬間や、ブラックホールおよび中性子星の形成過程を知るための貴重な窓を提供します。他の爆発では数年間隠されてしまうのに対し、これらのイベントでは中心エンジンが非常に早い段階で外部に露出するため、天文学者は極限の重力と磁場の下で物質がどのように振る舞うかをリアルタイムで研究することができるのです。より頻繁に、かつ高い感度で空をスキャンできる新しい望遠鏡が稼働するにつれ、著者らはこれらの発見の数が増えていくと予想しています。新たなイベントの一つひとつが新たな手がかりとなり、モデルを洗練させ、宇宙に光を放つこれらの神秘的な「カウ（牛）」や「デビル（悪魔）」、そしてその他の閃光の真の姿を明らかにすることになるでしょう。
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