スーパーアースが消滅する前、初期の太陽系には 6 つの巨大な惑星があった

今日私たちが知っている太陽系には、8 つの惑星が比較的安定した軌道上にありますが、さらに激動の過去が隠されています。新しい研究が雑誌に掲載されましたイカロス誕生から最初の1億年の間に、私たちの近隣宇宙には最大6つの巨大な惑星が存在した可能性があることを示唆しています。そのうちの 2 つはスーパーアース、つまり地球と海王星の中間の質量を持つ世界で、激しい重力相互作用の後に星間空間に放出されることになります。

この結論は、初期太陽系の 120 以上の考えられる進化の軌跡をテストした詳細なコンピューター シミュレーションから得られました。ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所のマシュー・クレメント氏が率いる国際チームには、サウスウェスト研究所のブラジル人研究者ロジェリオ・デイエノ氏も含まれていた。この結果は、これらの余分な惑星の存在が、巨大ガス衛星の現在の構成を説明する上で重要であることを示しています。

太陽の形成から数億年後に起こった、いわゆる巨大惑星の不安定期、つまり軌道混乱の時代に、これらの世界間の接近遭遇により全体的な再編が引き起こされました。追加の惑星は重力緩衝器として機能し、木星と天王星の月系を完全に破壊する可能性のある壊滅的な衝突のリスクを軽減しました。それらがなければ、これらの惑星の通常の衛星が同時に生き残る確率は劇的に低下し、多くのシミュレートされたシナリオでは 15% を下回ります。

この文脈では、天王星の衛星は特別な注目に値します。最も小さく、最も興味深いものの 1 つであるミランダには、断層、崖、再建されたように見える領域が特徴的な表面が表示されます。この研究の共著者で惑星科学研究所の科学者であるネイサン・カイブ氏は、失われたスーパーアースとの相互作用によって不安定性が生じ、元の衛星同士の複数回の衝突や断片化につながったと説明している。私たちが今日目にしているものは、これらの破壊の後の再建の結果でしょう。

このモデルは、一般的に 4 つまたは 5 つの巨人だけを考慮していた以前の提案とは異なります。新しい分析は、現在の太陽系がありそうもない進化の産物であることを裏付けています。場合によっては 0.02 天文単位未満の距離での非常に接近した遭遇は、衛星システムの破壊を実質的に保証します。研究者らは、木星と天王星の両方の衛星が、超小型惑星とともに一貫して生き残るシナリオを 1 つだけ特定しました。

月が明らかにする暴力的な過去について

衛星は動的な化石として機能します。それらの軌道と組成には古代の混乱の証拠が含まれています。天王星の場合、この研究は、天王星が少なくとも 2 つの重大な不安定性を経験した可能性が高いことを示唆しています。1 つは回転軸の傾きを引き起こした衝突に関連したもので、もう 1 つは巨大な不安定性によるものです。これらの出来事は、ミランダの氷の組成が、異なる起源の物質が衝突後に集まった地質学的「パッチワーク」のように見える理由を説明しています。

木星の場合、シミュレーションにより、2 つの非常に小さな巨人が存在するシナリオの方が、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストなどの大きな衛星にとってより良い生存条件が提供されることが示されています。現在でも存在するそれらの間のラプラス共鳴は、この系が大規模な破壊的衝突を経験した場合、おそらく維持されなかったでしょう。

惑星形成への影響

より人口の多い初期の太陽系というこのビジョンは、天文学者が他の星系で観察したものと一致しています。スーパーアースは他の星の周囲によく見られ、ケプラーやTESSなどのミッションによって検出されることがよくあります。私たちの場合、今日彼らがいないことは、初期の動的環境が内部の岩石惑星の発達と原始惑星系円盤内の物質の分布にどのような影響を与えたのかという疑問を引き起こします。

これらの余分な世界の放出は、主星なしで星間空間を歩き回る不正惑星の理解にも貢献します。最近検出されたこれらの天体のいくつかは、私たちのシステムの失われたスーパーアースと同様の起源を持っている可能性があります。

この作品では、惑星の移住と接近遭遇の役割も強調されています。巨人の再編成を記述するニース モデルのようなモデルは、衛星に関するこれらの詳細により、より堅牢性が高まります。追加の重力バッファーがなければ、木星や天王星は衛星の多くを失い、私たちが観察している太陽系の外観を劇的に変えていた可能性があります。

これが現在の天文学にとってなぜ重要なのか

この混沌とし​​た過去を理解することは、惑星形成シミュレーションを改良し、将来の宇宙ミッションからのデータを解釈するのに役立ちます。木星の衛星を研究する NASA のヨーロッパ クリッパーのような探査機や、天王星や海王星へのミッションの可能性は、これらの星系の歴史に関するより正確な背景から恩恵を受けます。さらに、この研究は国際惑星科学におけるブラジル人研究者の重要性を裏付けるものとなった。

ロジェリオ・デイエノは、太陽系外縁の力学に関する専門知識を提供し、現在の観測を最もよく説明するシナリオの検証に貢献しました。この論文は、天王星の衛星の脆弱性を追加の惑星の存在と直接結び付ける仮説を検証し、異なる進化モデル間の不一致を調整する道を提供した。

放出された惑星を直接観察することはできなくなりましたが、その影響はいくつかの衛星の傾いた軌道、共鳴、不規則な組成に刻まれています。太陽系は静止した聖遺物箱ではなく、地球上の生命の条件と私たちが今も探索している世界の多様性を形作った激動の子供時代の結果です。

将来の研究では、ジェームズ・ウェッブのような望遠鏡や専用ミッションからのより正確なデータを利用して、化学的特徴やカイパーベルト内の物体の分布など、これらの出来事の間接的な証拠が見つかる可能性があります。今のところ、シミュレーションによると、私たちの太陽系は、その若い頃、私たちが想像していたよりもはるかに密度が高く、より暴力的な環境であったことが示されています。