太陽系の外側には冥王星などの氷天体が無数にあり、「エッジワース・カイパーベルト」という密集した状態を作っています。エッジワース・カイパーベルトがどこまで広がっているのかはよくわかっていませんが、これまでの予測では太陽から約75億kmを超えた距離で天体の密度が低くなり始めると予測されていました。その場合、空間内にある塵の量も少なくなるはずです。

しかし、コロラド大学ボルダー校のAlex Doner氏などの研究チームが、NASA(アメリカ航空宇宙局)の冥王星探査機「ニュー・ホライズンズ」の観測データを分析したところ、塵が減少すると予測された距離を超えてもほとんど低下していないことを突き止めました。この結果は、エッジワース・カイパーベルトが予想よりも遠くまで広がっているか、または外側にもう1つのエッジワース・カイパーベルトがある可能性を示しています。

【▲ 図1: 天体同士の衝突で塵が発生している様子。実際の太陽系外縁部はこれほど “埃だらけ” ではありませんが、それでも測定可能な量の塵が存在します。 (Image Credit: Dan Durda, FIAAA) 】
【▲ 図1: 天体同士の衝突で塵が発生している様子。実際の太陽系外縁部はこれほど “埃だらけ” ではありませんが、それでも測定可能な量の塵が存在します(Credit: Dan Durda, FIAAA)】

■太陽系の外側にはどれくらいの天体があるのか

海王星の外側には冥王星などの氷天体が無数にあることが分かっています。火星と木星の間にある小惑星帯のように天体が密集していることと、このような天体があることを予測したケネス・エッジワースとジェラルド・カイパーに因み、これらの天体が分布する領域は「エッジワース・カイパーベルト」、天体そのものは「エッジワース・カイパーベルト天体」と呼ばれています(※)

※…ただし、エッジワースとカイパーが予測した天体の存在や分布は、現在知られている物とは大きく異なっており、この名称には異論もあります。最近では、正確にはイコール関係ではないものの、ほぼ同義語かつ中立的な語として「太陽系外縁天体」という呼称が使われる傾向にあります。今回の記事では、天体が複数集合して構造を作っていることが分かりやすい表現であることと、原著論文でこの語が使用されていることに基づき、エッジワース・カイパーベルトと呼称します。

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太陽から遠く離れた場所にあるエッジワース・カイパーベルトを観測することは困難であり、本格的に観測できるようになってからまだ30年程度しか経っていません。このため、どこまで広がっているのかは現在でも分かっていません。

【▲ 図2: 塵を観測するヴェネチア・バーニー学生微粒子計数器の設置前の写真。 (Image Credit: NASA's New Horizons space mission) 】
【▲ 図2: 塵を観測するヴェネチア・バーニー学生微粒子計数器の設置前の写真(Credit: NASA's New Horizons space mission)】

科学研究の空白地帯となっているエッジワース・カイパーベルトに切りこんでいるものの1つが、NASAの冥王星探査機「ニュー・ホライズンズ」です。世界で初めて冥王星の接近探査を行ったニュー・ホライズンズは、その後もいくつかの延長ミッションを行っています。その1つは、「ヴェネチア・バーニー学生微粒子計数器(VBSDC; Venetia Burney Student Dust Counter)」を使用した、太陽系外縁部の塵の量を測定するものです。

VBSDCは天王星軌道よりも遠くの塵を数える初の観測機器であり、これまで誰も知らなかった情報を得ることができます。例えば、塵は天体同士の衝突で発生するため、塵の量を測定すれば間接的に天体の量を知ることができます。

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■塵の量は予想よりも減らないことが判明

Doner氏らの研究チームは、ニュー・ホライズンズのVBSDCの観測データを分析し、冥王星よりもずっと遠くの距離に当たる、太陽から約68億~83億kmの間で測定された塵の量を分析しました。従来の研究では、エッジワース・カイパーベルト天体の数の減少によって、約75億kmの距離から塵の量が減少する縁があることが予測されていました。もし予測通りならば、今回の分析で塵の減少が観測されるはずです。

ところが今回の分析では、測定された領域内での塵の減少がほとんど観測されていないことが分かりました。塵の計測値に基づくと、エッジワース・カイパーベルトの領域が約90億kmを超えていることは確実であり、実際の縁は約120億kmまで、あるいはそれ以上の領域に広がっていると推定されます。あるいは、エッジワース・カイパーベルトは1つのベルト構造ではなく、内側と外側に1つずつベルトがある可能性もあります。

上記の説明はあくまでも仮説であり、塵の量が多い理由は他にある可能性もあります。例えば、太陽放射やその他の何らかの理由で、塵が約75億kmよりも外側へ効率的に運ばれているのかもしれません。あるいは、現在のモデルでは予測されていない、寿命の短い氷の粒が生成されている可能性もあります。

ただし、Doner氏らはこれらの代替説明が成立する可能性は低いと考えています。むしろ、すばる望遠鏡のようないくつかの望遠鏡は、従来のエッジワース・カイパーベルトを大幅に超えた天体をいくつも見つけています。今回の分析結果は、太陽系の外側には実際に無数の天体がひしめいている可能性が高いことを裏付ける成果です。

ニュー・ホライズンズは2回目の延長ミッションに入っており、2040年代に太陽から約150億kmの距離を超えて観測を行うことが予定されています。もしもこの距離でも塵の量が測定できた場合、今回の研究で推定されたエッジワース・カイパーベルトの縁が本当にあるのかどうかを知ることができるでしょう。

 

Source

  • Alex Doner, et al. “New Horizons Venetia Burney Student Dust Counter Observes Higher than Expected Fluxes Approaching 60 au”. (The Astrophysical Journal Letters)
  • NASA Communications. “NASA’s New Horizons Detects Dusty Hints of Extended Kuiper Belt”. (NASA)

文/彩恵りり

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