白色矮星連星eRASSU J0608、重力波源としての将来を左右する「距離」

eRASSU J060839.5−704014（eRASSU J0608）は、2つの白色矮星がわずか6分あまりで互いを周回する超コンパクト連星です。NICER、Einstein Probe、そしてXMM-Newtonのアーカイブ観測を組み合わせた新たな解析により、この軌道が急速に縮んでいることが分かりました。将来の宇宙重力波観測計画にとって非常に有望な標的ですが、その評価を決定づける数値がまだ欠けています。それが地球からの距離です。 2

374秒の「時計」は、少しずつ速くなっている

研究チームが得た公転周期は374.15013秒、周期変化率は**−4.7(1) × 10⁻¹¹秒/秒**です。負の値は、周回するたびに周期がごくわずかずつ短くなり、2つの星が近づいていることを意味します。

3年以上にわたる位相をつないだX線タイミング解析は、この連星が重力波の放射によって軌道角運動量を失っている場合と整合的です。重力波とは、加速する大きな質量の運動によって時空に生じる波であり、このように非常に近接した連星は低周波の重力波を持続的に放つと考えられます。 2

eRASSU J0608は以前から、374秒ごとに強く変動する超軟X線パルスを示す天体として知られていました。観測上は大マゼラン雲の方向に位置するものの、実際にはその手前にある、白色矮星2個から成る超コンパクト連星と分類されています。 14

なぜ降着円盤ではなく「直接衝突」なのか

X線の性質は、直接衝突降着という描像を支持します。通常の連星では、一方の星から流れ出たガスは相手の星の周囲を回り、円盤状の降着円盤を作ることがあります。

しかしeRASSU J0608では、移動したガス流が円盤として落ち着く前に、受け手側の白色矮星の表面へ直接ぶつかると考えられます。衝突した小さな領域は高温になり、連星の回転に伴ってその場所が視界に入ったり隠れたりするため、周期的な超軟X線の明るい位相が生まれます。 214

この解釈は、なぜ一般的な降着円盤が見えないのかを説明するだけでなく、この極端に短い軌道とX線の点滅を結び付けるものです。

大きめのチャープ質量が示す重力波源としての有望さ

観測された軌道縮小の主因が重力波放射だと仮定すると、研究チームはこの系のチャープ質量を太陽質量の約0.43倍と推定しました。チャープ質量は、コンパクト連星が出す重力波の周波数や振幅の変化を左右する、2天体の質量を組み合わせた指標です。

極端に短い公転周期とこの推定値の組み合わせにより、eRASSU J0608は低周波重力波の強力な候補になります。ただし、地球で受け取る重力波の振幅は天体そのものの性質だけでは決まらず、どれほど遠方にあるかにも依存します。 2

距離が分からなければ、地球での信号強度は決められない

eRASSU J0608は大マゼラン雲の方向に見えますが、その距離はまだ確定していません。研究では、約1〜2キロパーセクなら単極誘導子モデルと整合的である一方、少なくとも約5キロパーセクのより遠い距離なら、直接衝突降着を支持するとされています。 2

重力波の振幅は距離が大きいほど小さくなります。したがって、この連星が比較的近ければ、短い周期と大きなチャープ質量を生かして、銀河系内の既知のコンパクト連星のなかでも強い低周波信号の一つになり得ます。逆に、はるかに遠ければ、系そのものが活発でも地球に届くひずみは弱くなります。

距離が確定すれば、降着の仕組みについての判断が進むだけではありません。重力波信号を定量的に予測し、欧州宇宙機関（ESA）が計画する宇宙重力波望遠鏡LISAのようなミッションにとって、安定して存在位置や軌道が分かっている「検証用天体（verification source）」になれるかを評価できます。研究者らは、もし第3の恒星伴星を見つけて性質を調べられれば、位置天文学的あるいは力学的な情報から距離を絞り込める可能性があると指摘しています。 2

今回分かったこと、まだ分からないこと

今回の結果は、eRASSU J0608が、軌道進化の非常に速い超コンパクト白色矮星連星の一つであることを示しました。また、X線パルスの説明として直接衝突降着が有力であることも裏付けています。 2

一方で、LISAが観測する連星重力波源のうち「最も強い部類」になることまでが確定したわけではありません。その結論には距離の測定が必要です。距離が分かるまでは、eRASSU J0608は将来の重力波天文学で際立って有望な候補でありながら、信号強度を精密に予報できる標準的な検証用天体には、まだ一歩届かない存在です。 2