科学者がDARTの後に残された残骸の雲を研究している理由

2022年9月26日、世界中の目がNASAの二重小惑星方向転換テスト（DART）に集中した。車ほどの大きさの宇宙船が、地球から約6800万マイル離れたディモルファスという小惑星に衝突した。地球の小惑星方向転換能力の実験は大成功で、この実験により天文学者たちは宇宙岩石の衝突で放出された物質についてさらに詳しく知る機会を得ている。

チリにある欧州南天天文台の超大型望遠鏡（VLT）で得られたデータと観測結果を使用した2つの論文が最近発表され、小惑星の破片雲に関する新たな知見が示された。

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天文学と天体物理学の学術誌「Astronomy & Astrophysics Letters」に掲載された最初の研究では、Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) と呼ばれる機器を使用して、衝突による破片の雲の変化を 1 か月間追跡しました。小惑星は太陽系を構成する要素の一部であるため、この衝突で放出された物質を研究することで、天文学者は太陽系がどのように形成されたかについてさらに詳しく知ることができます。

著者らは、放出された雲が DART との衝突前の小惑星よりも青いことを発見した。これは、雲が非常に細かい粒子で作られた可能性があることを意味する。テスト後の最初の数時間から数日で、クランプ、らせん、長い尾が発達した。らせんと尾は最初の破片の雲よりも赤く、より大きな粒子で作られた可能性があることを意味する。

「小惑星同士の衝突は自然に起こるが、事前に知ることはできない」と、研究の共著者でエディンバラ大学の天文学者シリエル・オピトム氏は声明で述べた。「DARTは、まるで実験室のように、制御された衝突を研究する本当に素晴らしい機会だ」

MUSE を使用することで、研究チームは衝突雲から発せられた光を虹のようなパターンに分解し、さまざまなガスの痕跡を探すことができました。特に、衝突で露出した氷から発生する酸素と水を DART で探しましたが、どちらも見つかりませんでした。

「小惑星には大量の氷が含まれているとは考えられていないので、水の痕跡が少しでも見つかったら本当に驚きだ」とオプトム氏は語った。

また、宇宙船の推進システムからタンクに残っていた燃料が十分ではなかった可能性が高いため、使用されたDARTの推進剤の痕跡も検出できなかった。

2番目の論文は天体物理学ジャーナルレターズに掲載されました。 DART との衝突がディモルファスの表面をどのように変化させたかを分析しました。ステファノ・バグヌーロ率いるこのチームは、特に小惑星の偏光の変化を研究しました。偏光が発生すると、光波はランダムではなく、特定の方向に沿って振動します。地球と太陽の両方に対する小惑星の向きによってこれがどのように変化するかを追跡すると、小惑星の表面の構造と構成がどのようなものかがわかります。

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これを行うために、研究者らは望遠鏡のFOcal Reducer/lowdispersion Spectrograph 2 (FORS2) 装置を使用しました。研究者らは、DART が Dimorphous に衝突した後、偏光レベルが突然低下し、同時に小惑星システムの全体的な明るさが増加したことを発見しました。

研究チームは、考えられる説明の1つとして、DARTの衝突によって小惑星内部のより純粋な物質が露出した可能性があると考えている。「衝突によって掘り出された物質は、太陽風や太陽放射にさらされたことがなかったため、表面の物質よりも本質的に明るく、偏光が少なかったのかもしれません」と、アーマー天文台プラネタリウムの天文学者で研究の共著者であるバグヌーロ氏は述べた。

また、直接衝突によって表面の粒子が破壊され、はるかに小さな粒子が破片の雲の中に放出された可能性もある。両研究は、長さ約30フィートの望遠鏡4台を誇るVLTの能力を強調した。

「この研究はNASAが小惑星に衝突したという特別な機会を利用したため、将来の施設では再現できない」とオプトム氏は述べた。「そのため、衝突の時期にVLTで得られたデータは、小惑星の性質をより深く理解する上で極めて貴重なものとなる。」

この「絵に描いたような」小惑星衝突に関する他の研究では、衝突後に小惑星が200万ポンド以上を失い、小惑星の衛星軌道が約33分変化したこと、そしてこの実験により「運動衝突ミッション」が小惑星の軌道を変えられることが示され、将来の小惑星衝突を防ぐための一歩となることがわかった。