最もコンパクトな3+1型四重星系 TIC 120362137 の発見

四つの太陽をもつ「太陽系」

私たちの単一の太陽を、木星の軌道よりも狭い空間に詰め込まれた四つの星に置き換えたと想像してください。はくちょう座の遠方に、まさにそのような発見がありました。重力で結ばれた四つの星が「3+1」という特殊な配置をとる、既知で最もコンパクトな系です。この緊密に編成された恒星の舞いを調べることで、多重星の形成・相互作用・最期の過程を理解し、死んだ恒星の核が対をなして生まれるような珍しい天体の起源を解明する手がかりが得られます。

小さな近隣に並ぶ四つの星

TIC 120362137 と名付けられたこの系は、天文学者がいうところの階層的四重星です。二つの星が互いに3.28日で周る緊密な食連星を成し、三番目の星がこの内側の連星の周りを51.3日で回ります。これら三つの星はすべて水星の公転軌道に匹敵する領域に十分に押し込まれています。さらに太陽に似た第四の星が、このコンパクトな三重系の周りを約2.9年で回り、その軌道は我々の太陽系での木星の軌道に相当する距離よりもずっと内側にあります。四つの別個の軌道があるにもかかわらず、系全体は非常に平坦で秩序立っており、すべての軌道面が数度以内にそろっています。これら四つの星が同じ薄い回転円盤から生まれたことを示唆しています。

隠れた仲間を天文学者はどう見つけたか

物語は、星明かりの微かな減光を監視する NASA のトランジット系外惑星探索衛星（TESS）から始まりました。TESS は規則的で鋭い食を3.28日ごとに観測し、一方の星が他方の前を横切る近接連星を明らかにしました。しかし光度曲線は、1〜2日続くより稀な長い減光も示していました。これは内側の連星と三番目の星が交互に前を横切る追加の食です。これらの現象の時刻を精密に測り、食の正確な瞬間の微妙なずれを追跡することで、天文学者は51.3日軌道を持つ三番目の星の存在を推測しました。さらに不可解だったのは、食のタイミングに見られる遅い変動で、これは内側の三つに見えない第四の星の重力が及ぼす引っ張りを示唆していました。

四つの星すべての質量と大きさを量る

系の真の姿を確かめるために、研究チームは世界中の地上望遠鏡による観測キャンペーンを組織しました。異なる色フィルターでさらに多くの食を記録し、高分解能分光観測で星の光を波長成分に分けました。重なり合う分光線を解きほぐす高度な解析手法を用い、四つの星それぞれの署名を別個に検出し、各星が地球に向かってどれだけ速く移動しているか（視線速度）を測定しました。これらの視線速度曲線を TESS と地上観測の光度曲線と結び付けて一つの「分光光度力学」モデルで同時に解析することで、星々の質量、半径、表面温度、軌道を驚くほど高精度に（多くは1%以内で）決定することができました。

安定性の限界まで押し込まれた系

内側の三つの星はすべて太陽よりも高温で質量も大きく、主星は太陽質量の約1.75倍で既に主系列を離れ始めており、伴星と三番目の星はそれぞれ約1.36倍と1.48倍の質量です。外側の第四星は非常に太陽に似ており、質量はほぼ1太陽質量で表面温度も似通っています。窮屈に配置されているにもかかわらず、系は長期的な重力安定性の一般的な検査を十分に満たしており、現在の構成は十億年以上にわたり保たれてきたようです。緊密な軌道のために星同士の重力的な牽制は強く、その軌道はゆっくりと歳差運動や振動（ワブル）を示し、これを測定することで多重星の力学理論を検証するための自然の実験場を提供します。

四つの明るい太陽から二つの微かな余燼へ

研究者たちは現代的な恒星進化計算を用いて TIC 120362137 の遠い将来も探りました。質量の大きい星が膨張して巨星となり、伴星へ質量を移すにつれて軌道は縮み再編されると予想されます。時間が経つにつれて質量移動や恒星風により外層が剥ぎ取られていくでしょう。シミュレーションは、複雑な相互作用とおそらく合体を経て、元の四つの星が最終的に密な二つの白色矮星として互いに周回する状態になることを示唆しています。言い換えれば、この異常にコンパクトな四重星系は、最終的に死んだ恒星の残骸からなる接近二重星として終わる可能性が高く、これは銀河内の他の場所で観測される緊密な白色矮星対がどのように形成されたかを説明する助けになります。

引用: Borkovits, T., Rappaport, S.A., Chen, HL. et al. Discovery of the most compact 3+1-type quadruple star system TIC 120362137. Nat Commun 17, 1859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69223-4

キーワード: 四重星系, 食連星, 多重星の力学, TESS 観測, 白色矮星の進化