25光年離れた恒星を周回する小惑星帯が隠れた惑星の存在を示唆

地球の小惑星帯には、木星と火星の間を漂う、準惑星から塵粒子まで、大きさの異なる100万個以上の宇宙岩石が存在します。天文学者たちは、このような小惑星帯をもう一つ発見しました。ただし、この小惑星帯は太陽ではなく、別の星を周回しています。

NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、わずか 25 光年離れたフォーマルハウトの周囲にこの小惑星帯を発見しました。科学者たちは何年もの間、惑星が作られる過程で起こる衝突によってできた岩石、氷、塵の破片の集まりであるフォーマルハウトの破片円盤を研究してきました。本日Nature Astronomyに発表されたこの新しいデータは、このシステムをこれまでにないほど詳細に示し、隠された世界の痕跡や惑星同士の衝突の証拠を明らかにしています。

フォーマルハウトは、スピッツァー宇宙望遠鏡、チリの高地砂漠にあるアタカマ大型ミリ波干渉計（ALMA）、ハッブル宇宙望遠鏡など、長年にわたり多くの望遠鏡によって観測されてきました。太陽よりはるかに若いフォーマルハウトは、誕生間近の太陽系をよく表している可能性があります。天文学者は太陽の形成までタイムトラベルすることはできないため、代わりに他の若い恒星を観察し、これらの形成中の惑星系を惑星形成の過程がどのようなものかを示す例として利用しています。

フォーマルハウトは近くにあるため、天文学者にとって魅力的な選択肢であり、細かい部分を観察しやすい。「このシステムは間違いなく、JWST で最初に観測したいと思っていたものの一つです」と、NASA ジェット推進研究所の研究科学者で共同執筆者のマリー・イグフ氏は言う。

JWST 以前の他の観測により、フォーマルハウトは太陽系のカイパーベルトに似た塵のリングに囲まれていることが明らかになっています。カイパーベルトには、海王星の向こう側にある小さな氷や岩石がすべて含まれています。NASA の最先端の宇宙望遠鏡から得られた新しいデータでは、この外側のリングだけでなく、小惑星帯に似た内側のリングも発見されています。3 つ目の特徴もあります。それは、愛情を込めて「グレート ダスト クラウド」と呼ばれている巨大な塵の塊です。

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フォーマルハウトの外側のカイパーベルトのようなリングと内側の小惑星帯のようなリングの間には隙間がある。「この新たな隙間は、太陽系で見られるものと類似した、氷の巨大質量の惑星の存在を示唆している」とアリゾナ大学の天文学者で筆頭著者のアンドラス・ガスパル氏は言う。この目に見えない惑星は重力によって「隙間を掘り出している」可能性があると、アリゾナ大学の天文学者で共著者のスカイラー・ウォルフ氏は説明する。

フォーマルハウトの小惑星帯は奇妙な傾きをしており、外輪とは異なる角度で現れ、まるで何かがバランスを崩したかのようだ。研究者らは、実際に衝突がずれの原因かもしれないと述べている。大規模な衝突によって小惑星帯が傾き、巨大な塵の雲も生じた可能性がある。

フォーマルハウトのすべての兆候は「太陽系が生きていて活動的であり、互いに衝突しあう岩石天体で満ちていることを示している」と、JWSTのミッションコントロールの拠点である宇宙望遠鏡科学研究所のスタッフ科学者で共著者のジョナサン・アギラール氏は言う。

JWST は、フォーマルハウトの塵の写真を撮るのに非常に適していました。塵は中間赤外線で最も明るく輝き、他のほとんどの天文台では届かない長い波長です。十分な詳細を解像するには、特に強力な望遠鏡も必要ですが、JWST は、この両方の機能を備えた唯一の望遠鏡です。この宇宙望遠鏡の中間赤外線装置 (MIRI) には、明るい星を遮って周囲の塵を映し出す小さな点であるコロナグラフも搭載されています。

「中赤外線の波長はデブリ円盤の観測にとって非常に重要です。なぜなら、そこで塵の放出を観測し、塵の分布から何が起こっているのか多くのことがわかるからです」とアギラール氏は言う。フォーマルハウトの新しい画像は「運用開始からわずか1年で、JWSTとMIRIの科学的威力を示すものです」と同氏は付け加えた。

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太陽系が誕生したばかりの頃、どのような姿だったかを知るのは確かに興味深いが、フォーマルハウトは正確なクローンではない。フォーマルハウトのカイパーベルトと小惑星帯のそっくりさんは、太陽系のそれらの特徴よりも広く広がっており、物質も多く含んでいる。フォーマルハウトは現在の太陽系よりも動きが激しく、衝突も激しいが、遠い昔、私たちの惑星も後期重爆撃期と呼ばれる同様の段階にあった。天文学者たちは、JWST が観測した破片円盤が、太陽系がどのように誕生し、どのように成長して私たちの惑星群のような姿になったのかを詳細に解明するのに役立つことを期待している。

「私たちは未踏の領域の最前線にいます。JWST が惑星形成円盤に向けて何を発見するか、特に楽しみです」と、今回の発見には関わっていないミシガン大学の天文学者ジェニー・カラハンは言う。「これらの JWST 画像を見て、初めてメガネをかけた瞬間を思い出しました」とカラハンは付け加える。「世界 (またはデブリ円盤) が、慣れていないレベルで焦点に収まると、見方がまったく変わります。」