海王星の外側にある小さな天体の数は予想よりはるかに少なく、惑星形成理論が書き換えられる可能性がある

要約:

天文学者は当初、海王星の軌道を越えた太陽系の外縁に膨大な数の小さな氷の物体があるはずだと予想していました。しかし、研究チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡を使用して、これまでで最も詳細な調査を実施したところ、現実がいくつかの理論的予測と一致していないこと、つまりこれらの微小天体の数が以前に予想されていたよりもはるかに少ないことを発見しました。

This research focuses on Trans-Neptunian Objects (TNOs), which are small icy objects distributed beyond the orbit of Neptune and are considered to be the "primitive building materials" left over from the early formation of the solar system. Because these objects retain important information about the birth stage of the solar system, they have always been important clues in studying the planet formation process.

In order to search for these extremely distant and faint objects, the research team jointly used the Hubble Space Telescope and the Webb Space Telescope for the first time to conduct simultaneous observations of the same sky.ハッブルは可視光帯域の観測を担当し、ウェッブは赤外線帯域の観測を担当します。 2 つのデータを組み合わせることで、研究者はこれらの天体の軌道、大きさ、表面の色の特徴を決定できます。

調査中に、研究チームはこれまで知られていなかった合計 27 個の海王星横断天体を発見しました。これらのターゲットの一部は、これまで直接観測された中で最も小さく、最も暗いものです。ターゲットの最小直径は約5キロメートルで、これは最先端の地上望遠鏡の観測限界のわずか5分の1にすぎません。

これらの天体は非常に暗く、ほとんどは肉眼で見える天体よりも 1 億倍以上暗いです。ターゲットの 1 つはどれくらい暗いですか?研究者らは、それは地球の上に立って、月の表面で光る小さなホタルの群れを観察するのと同じくらい難しいと述べています。

当初、科学者たちは、そのような天体のサイズが小さくなるにつれて、その数が大幅に増加するはずだと予想していました。しかし、実際の観測では、小型サイズの太陽系外縁天体の数は、いくつかの惑星形成モデルによる予測よりも大幅に少ないことが示されています。

この発見は、太陽系形成の歴史を理解する上で非常に重要です。

現在の主流の理論は、初期の太陽系で太陽の周りを回っていた塵や小さな粒子が徐々に集まって「惑星」と呼ばれる天体を形成したというものです。これらの微惑星はさらに衝突・融合して惑星を形成しました。しかし、海王星の外側の領域ではこのプロセスが完了できなかったため、形成の初期段階の多数の遺物がまだ保存されています。

研究者らは当初、複数の衝突によってこれらの小さな天体が継続的に粉砕され、より多くのより小さな破片が生成されるはずだと考えていました。しかし、最新の調査結果によると、これは予想どおりに起こっていないようです。

その数が少ないことに加えて、これらの物体の色も研究者を驚かせました。

いくつかのモデルによると、数十億年の衝突の後、小さな天体の表面組成は、同様の大きな天体の表面組成とは大きく異なるはずです。しかし、実際の観測では、新たに発見されたこれらの小さな太陽系外縁天体は、より大きな天体と非常によく似た色の特徴を持っていることが判明しました。

色は表面組成の重要な「指紋」であると考えられているため、この結果は、これらの小さな天体が長い歴史を通じて形成時の元の特徴を保持しており、頻繁な衝突によって表面特性が完全には変化していない可能性があることを意味します。

研究チームはさらに、2 種類の太陽系外縁天体を分析しました。

1 つのカテゴリは、「コールド」太陽系外縁天体と呼ばれます。これらの天体は常に太陽系主面付近でほぼ円形の軌道を描いており、基本的には誕生時の状態を維持していると考えられています。もう 1 つのカテゴリは、「ホット」太陽系外縁天体と呼ばれます。研究によれば、それらはもともと天王星と海王星の間の領域で形成されたと考えられています。その後、外側の巨大惑星が移動するにつれて、重力によってより遠くの軌道に弾き出されました。現在、それらの軌道はより傾斜し、非常に楕円形になっています。

驚くべきことに、「高温」グループに属しているか「低温」グループに属しているかに関係なく、これらの天体は同様のサイズ分布パターンを示します。

研究者らは、これは微惑星の形成過程が当時の元の星円盤の環境にあまり影響されない可能性があることを意味すると述べた。形成環境が密か疎か、高温か低温かに関係なく、結果として生じる微惑星のサイズ分布は非常に似ています。

さらに興味深いのは、これらの天体がその「誕生地」の特徴的な情報をまだ保持しているように見えることです。何十億年もの間、軌道が乱れたり、遠く離れた場所に放出された後でも、色などの物理的特徴には形成期の痕跡が残っています。

研究者らは、これはこれらの天体がどのように誕生したかをある程度「記憶している」ことを示していると考えています。

この発見は、海王星を超える天体の数に関するいくつかの予測モデルに疑問を投げかけるだけでなく、太陽系の初期段階における惑星形成メカニズムを理解するための新たな制約も提供します。

ウェッブ望遠鏡とハッブル望遠鏡がより深い観測を続けるにつれて、天文学者たちは、なぜこれらの微小な天体が豊富に存在しないのか、なぜ元の表面の特徴をこれほど長期間維持できるのか、そしてこれらの現象が太陽系誕生の真の歴史を反映しているのかをさらに解明したいと考えています。