ハッブルデータにより、ガスジェットによって回転が停止し逆転した彗星が明らかになった

カリフォルニア大学ロサンゼルス校 (UCLA) の天文学者たちは、惑星系の内部を移動する天体における前例のないダイナミックな挙動を記録しました。科学的には彗星 41P/タットル・ジャコビニ・クレサックと特定されたこの天体は、地上や軌道の機器によってこれほど明瞭に観測されることはめったにない物理的事象を引き起こした。通過中、天体は完全な停止点に達するまで回転運動を大幅に減速し、その後逆方向に回転し始め、天力学に関する一般的な直観を無視しました。

分析の結果、この奇妙な現象は彗星自体の表面の激しい活動によって引き起こされたことが示されています。太陽に近づくと、その熱により揮発性物質が昇華し、天然の推進剤として機能するガスの噴流が発生しました。この発見は、ハッブル宇宙望遠鏡の感度と解像度のおかげで可能になりました。ハッブル宇宙望遠鏡は、2017 年の太陽接近中に天体の光と構造の変化を捉え、科学者が一連の出来事を数学的精度で再構築できるようにしました。

著名な惑星科学者デイビッド・ジューイット氏が主導するこの研究は、小さな天体の不安定性と、それらが太陽系内部の熱環境とどのように相互作用するかについて、新たな視点を提供するものである。この研究は、特異な出来事を記録するだけでなく、特に私たちの星を周回する小型彗星の寿命と崩壊に関する古代の天文パズルを解くための重要なピースを提供します。

この空間的な「ブレーキとリバース」メカニズムを理解すると、回転の不安定性がこれらの天体の進化の決定要因であることが示唆されます。このプロセスは、彗星自身のガス放出活動によって発生する力に耐えるのに十分な質量や内部凝集力を持たない彗星の自然な自己破壊メカニズムとして機能します。

旋回速度の極端な変化

彗星 41P は、いわゆる木星彗星ファミリーに属しており、他の彗星と同様に、太陽系の形成時に残った氷、塵、岩石の原始混合物で構成されています。軌道中、太陽までの距離が近づくと、熱放射により表面の氷が昇華し、固体から気体に直接変化します。このプロセスにより、特徴的なコマとテールが生成されますが、固体コアにかなりの機械的力も生成されます。

ハッブルによって収集されたデータは、数か月にわたる彗星の自転周期の劇的な変化を明らかにしました。測定結果は、物体の物理的パラメーターで観察された変化の速度と大きさにより、科学界を驚かせた一連の出来事を示しました。

• 2017 年 3 月、彗星は 20 時間ごとに自身の軸を 1 回転しました。
• 同年 5 月までに、この期間は 46 時間に延長され、大幅な減速が示されました。
• 彗星は観測できなかった期間の後、12月に14時間ごとに逆方向に回転しながら再び出現した。

研究者らにとって、この一連の現象についての唯一の物理的説明は、5月以降、彗星が自転ゼロ点に達するまで減速し続けたということだ。この一時停止の直後に、それは反対方向に回転し始め、その不規則な表面に作用する力の継続的な影響を受けて急速に加速しました。

天然推進剤の物理学

この運動の逆転の背後にある原動力は、彗星の活発で混沌とした性質にあります。氷が昇華すると、高速のガスジェットの形で放出されます。放射が表面全体にわたって均一であれば、力は互いに打ち消し合い、物体の動きにはほとんど、またはまったく変化が生じません。しかし、41P の表面は非常に不規則で、ジェットは非対称に放出され、コア内のランダムな点に配置されたロケット エンジンのように機能します。

これらの「天然ジェットエンジン」は彗星の本体に大きなトルクを及ぼします。重心に対するこれらのジェットの向きと力に応じて、物体の回転を加速したり、非常に強力なブレーキとして機能したりすることができます。 41P の特定のケースでは、2017 年の太陽接近中のジェットの構成は、当初、既存の回転運動に対抗するように機能しました。

このブレーキの強さは、直径 1 キロメートルを超える物体の回転慣性を数週間で克服するほどでした。これは、これらの氷天体が太陽系の最も高温の領域に侵入し、熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するときに発生するガス放出プロセスの暴力の証拠として役立ちます。

天体の生存への影響

この発見は、太陽系の彗星の数を理解する上で重大な意味を持ちます。天文学者らは、直径1～2キロメートル未満の核を持つ小型彗星の不足に長い間注目してきた。この統計的なギャップは、何らかのプロセスがモデルの予測よりも早くこれらの物体を破壊し、それらが軌道上に長期間留まることを妨げていることを示唆しています。

41P の挙動は、回転崩壊理論を検証するために必要な観察証拠を提供します。ガスジェットが回転をこれほど劇的に変えることができれば、遠心力が核を保持している弱い重力に打ち勝つまで、彗星を簡単に加速することができるだろう。このシナリオでは、彗星は砕け散り、その破片が宇宙に散らばったり、塵や破片の雲に変わったりするでしょう。

デビッド・ジューイットと彼のチームは、このメカニズムが小型彗星の早すぎる「死」の主な原因であると示唆しています。したがって、回転の不安定性は進化のフィルターとして機能し、より小さく密度の低い物体を排除し、より大きな核、またはトルク力に抵抗するより凝集した内部構造を持つ核だけを残します。

新しいテクノロジーの視点

天文学界は、2028 年初めに予定されている彗星 41P の次の接近を心待ちにしています。この機会により、不安定な挙動が繰り返されるかどうか、あるいは最後の反転後にジェットの構成が大きく変化したかどうかを検証することができます。

こうした将来の観測のために、科学者たちはチリのベラ・C・ルービン天文台などの新技術の支援を受けることになる。この天文台は、その広い空のスキャン能力を利用して、41P だけでなく、他の何千もの小さな天体を監視して、同様の回転変化の兆候を監視できるようになり、データベースが劇的に拡張されます。

41P の研究は、太陽系が動的で常に変化する環境であることを思い出させます。世界全体の停止や反転など、これらの変化をリアルタイムで観察できることは、現代の観察ツールの力と、私たちの近隣宇宙の最小の住民を支配する物理的な複雑さを浮き彫りにします。