Scientists watch a comet being born 3 billion miles away

太陽系の外側を公転する小さな氷の天体が彗星へと変わる過程が、天文学者によって初めて詳細に観測された。このセントウリと呼ばれる非活動的な天体が、活動する彗星へと移行する瞬間を捉えた発見により、太陽系の進化の歴史における長年の謎に光が当たった。

観測対象は450P/LONEOSという天体である。木星とネプチューンの間の軌道を公転するセントウリは、太陽系外部のカイパーベルト領域から過去に放出され、巨大惑星の重力相互作用や通りすがりの恒星からの摂動により現在の軌道に至ったと考えられている。セントウリの軌道は木星、土星、天王星、海王星のいずれかと交差するため、数百万年単位で不安定であり、巨大惑星によって太陽に近づけられたり、太陽系外へ放出されたりする可能性がある。長年にわたり、太陽に近づいたセントウリは周期20年未満の「木星族彗星」へと変化するのではないかと疑われてきたが、その変換過程を直接観測した例はこれまでなかった。

フロリダ大学セントラル校の惑星科学者チャールズ・シャンボーらの研究チームは、ハワイのジェミニ・ノース望遠鏡を用いて450Pの観測を実施した。2019年から2024年にかけて450Pが近日点（太陽に最も近い軌道上の地点）に到達する時期に、固体の核の周りにガスと塵からなる「コマ」が形成される過程を検出したのである。重要なのは、1992年に450Pが土星に接近（距離は約290万マイル）したことで、その軌道が大きく短縮された点である。近日点が木星の軌道のすぐ外側まで移動し、太陽への平均距離が減少した。2024年8月の最後の近日点に到達する際、450Pは以前より大幅に多くの太陽熱を受け、表面と地下の層が加熱されることで、揮発性の氷や閉じ込められたガスが放出され、表面の塵を引き上げてコマを形成したと考えられる。

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による詳細な分析から、450Pのコマに二酸化炭素ガスが含まれていることが確認された。450Pのような太陽系外側の天体では、太陽からの距離が遠いため通常の水氷昇華が活動の主因とはならず、むしろ二酸化炭素こそが彗星的活動を駆動する主要な物質なのである。さらに興味深いのは、結晶状の水氷が検出されたことである。太陽系形成初期の原始的な彗星やカイパーベルト天体の氷は通常、分子配置が不規則な非晶質状態であり、多孔質の構造を持つ。450Pが太陽に近づくにつれ、受熱により非晶質氷が規則的な構造を持つ結晶氷へと変化し、その過程で閉じ込められたガスが放出される。つまり結晶氷の存在は、450Pが太陽系誕生45億年前に遡る原始的な状態から、熱による物理的変成を受けていることを示しているのである。

セントウリの中で活動を示すものは極めて稀であり、450Pの観測例はセントウリから木星族彗星への変換という進化段階の初期の過程を研究する上で極めて貴重である。この発見は、太陽系外部からやってきた原始的な物質がいかに太陽系内側へ移動しながら進化していくのか、また長期間にわたってどの程度原始的な氷を保持するのか、さらにはどのような物理プロセスが静かな氷の天体を活動的な彗星へと変えるのかを理解する鍵となる。日本の宇宙観測機器メーカーや部品サプライヤーにとって、こうした天体観測ミッションに用いられる高感度の分光計測センサーや超低温環境での精密計測技術の開発は、今後の需要が高まる重要な領域と考えられる。

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