太陽系外縁の氷の惑星が予期せぬ大気を明らかにする

天文学者らは、海王星の軌道を越えて太陽を周回する小さな氷の物体の周囲に薄い大気を検出した。 (612533) 2002 XV93 と呼ばれるこの天体は半径約 250 キロメートルで、地球から約 60 億キロ離れたカイパーベルトに位置しています。この発見は今週月曜日(4)にジャーナル「ネイチャー・アストロノミー」に掲載され、どの天体が安定した大気を維持できるかについての確立された概念に疑問を投げかけた。

現在までに、太陽系外縁天体の中で大気が確認されているのは冥王星だけである。エリス、マケマケ、クアオアなどのより大きな準惑星の大気を検出するこれまでの試みでは、同様の結果は得られていない。

恒星掩蔽による観測により識別が可能になった

国立天文台の天文学者有松耕氏率いるチームは、恒星掩蔽と呼ばれる正確な方法を使用した。この技術では、地球から見た恒星の前を物体が通過し、その光を一時的に遮断します。この明るさが時間の経過とともにどのように減少するかを分析することで、大きさ、形、周囲の物質の存在など、天体の特徴を特定することができます。この方法は大気の存在を確認する上で決定的なものとなった。

この観測は、2024 年 1 月 10 日に日本の 3 つの戦略的地点から行われました。

• 京都大学のテラスに設置された小型望遠鏡
• 高時間分解能カメラを搭載した木曽天文台の口径1.05メートルのシュミット望遠鏡
• 福島のアマチュア天文学者細井勝正氏が運用する25センチ望遠鏡

徐々に光のパターンが変化し、ガスの存在が明らかになった

大気のない天体は特徴的なパターンを示します。つまり、星の光は隠れると突然消えます。 (612533) 2002 XV93 はまったく異なる動作をしました。掩蔽の間中、光は徐々に暗くなり、これは物体の周囲にガスの薄い層が存在することを示す兆候です。このガスは完全に遮断する前に光線をわずかに曲げ、観察されたような効果を生み出します。

収集されたデータによると、大気圧は 100 ～ 200 ナノバールであることが判明しました。状況を説明すると、この測定値は地球の大気の約 500 ～ 1000 万分の 1 の薄さを表します。その極度の軽さにも関わらず、このガス層の確認は、宇宙の小天体における大気の形成と持続の理解における大きな進歩を示しています。

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化学組成は未公開のまま

研究者らは、検出されたガスの化学組成について、メタン、窒素、一酸化炭素という 3 つの考えられるシナリオをテストしました。 3 つのモデルは収集された観察データと一致しているようで、今のところ真の組成を決定的に特定することはできません。これらの化合物は冥王星の大気を形成しているものと全く同じであり、海王星横断天体に共通の化学的起源があることを示唆している。

どのガスが大気を支配しているかを区別することが不可能であっても、この発見の科学的価値は減りません。これにより、より高度な機器や代替観察方法を使用したその後の研究に新たな道が開かれます。

海王星太陽系天体を理解するための意味

このように小さくて遠い天体に大気が存在することは、これまでの理論モデルを再構築します。科学者たちは、太陽放射と太陽風の圧力に対抗してガスを保持できるのは、かなりの大きさの天体だけであると信じていました。 (612533) 2002 XV93 は、このルールには例外があることを示しています。その相対的な大きさと太陽からの距離により、薄いガス状のエンベロープを維持するための独特の条件が生み出されます。

他のカイパーベルト天体の将来の研究により、この大気が孤立したケースを表しているのか、それともより一般的な現象を表しているのかが明らかになるかもしれません。この発見で検証された恒星掩蔽の方法論は、太陽系のこれらの極端な領域における大規模な調査に実行可能な道を提供します。