「水素」頑張ってる？星間彗星「オウムアムア」の異常な加速はどこから来るのか？

星間彗星「オウムアムア」が奇妙な加速を見せる

オウムアムアはガスを放出する星間彗星でしょうか?

「オウムアムア」は、奇妙な加速力を持つ恒星間訪問者です。研究者たちは、この異常な動きは、彗星のよく知られた特徴である表面からのガスの噴出によるものかもしれないと考えている。画像提供：NASA/ESA、STScIのジョセフ・オルムステッド氏とフランク・サマーズ氏

2017年、「オウムアムア」と名付けられた天体が、太陽系内で人類が観測した最初の恒星間訪問者となった。この長方形の宇宙岩は、科学者が彗星や小惑星について理解している範囲を超えた軌道で移動しており、その奇妙な加速により、オウムアムアが何なのかについて多くの憶測が飛び交い、中にはエイリアンの宇宙船である可能性を示唆する者もいた。 2023年3月22日、カリフォルニア大学バークレー校とコーネル大学の研究者らは、「オウムアムア」とその奇妙な行動について、より単純な説明ができたと発表した。それは別の太陽系から来た彗星だと言われました。彗星が太陽の近くを通過したとき、その温度は水素の噴流によって上昇できるほどに高くなった。

カリフォルニア大学バークレー校のジェニファー・バーグナー氏とコーネル大学のダリル・セリグマン氏は、査読済みの研究論文を執筆し、2023年3月22日にネイチャー誌に掲載された。

不思議なオウムアムア

オウムアムアは二つの理由で天文学者を困惑させている。第一に、これが初めての恒星間訪問者であること。そして第二に、それはただ奇妙だ。それは科学者の予想通りには動いていなかったので、明らかに彗星でも小惑星でもなかった。

オウムアムアは、知られている最初の恒星間訪問者ではあるが、もはや唯一の恒星間訪問者ではない。

2019年、天文学者たちは、太陽の近くを通過した別の太陽系からの彗星である2I/ボリソフを発見した。しかし、ボリソフはコマと尾を持つ、従来の彗星に似ている。

2014年に地球に衝突した隕石の分析によると、これも別の太陽系から来たものだったことが示唆されている。ハーバード大学のアヴィ・ローブ氏と彼のチームは、2023年夏に太平洋の海底に沈む隕石を探す「ガリレオ」というミッションに取り組んでいる。

オウムアムアは、その物理的特徴と移動軌道により分類が困難です。その形はパンケーキと葉巻の中間くらいで、コマや尾はなく、従来の彗星よりもはるかに小さいです。

しかし、標準的な説明とさらに矛盾しているのは、オウムアムアが太陽から遠ざかる方向に加速している点だ。この加速を説明しようと多くの理論が試みられてきました。カリフォルニア大学バークレー校とコーネル大学の研究者らは、最新の理論が正しい結論に達したと主張している。

ガス放出加速

研究者らは「オウムアムアは非常に小さいため、ガス放出によって推進された」と述べた。太陽系内で私たちが知っているすべての彗星の直径は半マイルから数百マイル（1キロメートルから数百キロメートル）の範囲ですが、オウムアムアは最も広い部分で約377フィート（115メートル）です。

「直径数キロメートルの彗星の場合、ガス放出のほとんどは比較的薄い殻から発生するため、その組成や彗星の加速への影響にかかわらず、それが推進力効果を持つとは考えられません」とバーグナー氏は説明した。 「しかし、オウムアムアは非常に小さいため、ガス放出によって自身の飛行を加速させるのに十分な推力が発生するのです。」

ジェニファー・バーグナーは、オウムアムアが太陽から遠ざかる方向に加速している理由を研究した。画像はカリフォルニア大学バークレー校より。

ガス放出源

天文学者が2017年にオウムアムアを観測した際、コマやガス放出分子、塵は見られなかった。さらに、オウムアムアに作用する太陽エネルギーを計算しても、観測結果と一致する結論に達することができなかった。オウムアムアが太陽から受ける膨大なエネルギー（観測された加速度に匹敵するだけの非重力的な推進力を提供できる唯一のもの）に加えて、水素（H2）などの揮発性の高いガスの作用もその一つである。

「太陽系内で塵のコマのない彗星はこれまで見たことがない」とマウント・サイナイ天文学・天体物理学研究所の研究者であるセリグマン氏は語った。 「つまり、非重力加速度というのは本当に奇妙なのです。」

では、もしオウムアムアが星間空間から来た彗星であるなら（目に見えるコマや尾がなくても）、自ら蓄えた水素を放出することで、太陽から遠ざかるのに必要な加速を提供している可能性はあるだろうか？

「星間物質を通過する彗星は宇宙放射線によって加熱され、その結果水素が形成される」とバーグナー氏は語った。 「我々の考えは、オウムアムアが体内に水素を閉じ込めて、太陽系に入って熱せられたときに水素を放出するのではないかということだ。これで、オウムアムアの非重力加速の推進力を説明できるだろうか？」

アヴィ・ローブが答える

ハーバード大学の天文学者アヴィ・ローブは、「オウムアムアはエイリアンの技術である」という説を最も積極的に唱えた科学者である。今週、世界中のメディアで報じられた記事の中で、彼はこの論文が最終的な結論ではないとすぐに指摘した。

「この新しい論文の著者らは、これは水氷彗星だと主張しているが、尾は見られない」と彼は2023年3月22日にニューヨークタイムズに語った。「それは、象が縞模様のな​​いシマウマだと言っているようなものだ。」

「全体として、発見から5年以上が経過した現在でも、主流の天文学者たちがオウムアムアの異常な加速現象の解明に熱心に取り組んでいるのは素晴らしいことだ」とローブ氏は3月22日のメディア向け記事で述べた。 「これは、ヴェラ・C・ルービン天文台での次のオウムアムア探査、つまり近々予定されている宇宙と時間のレガシー・サーベイ（LSST）ミッションにとって良いことだ。」

Avi Loeb 氏は EarthSky に新しい論文に対する反論を送りました。こちらで読むことができます。 （リンクなし）

古い研究が先導する

バーグナー氏は1970年代の研究でその答えを見つけた。この研究は、氷が星間空間の宇宙線などの高エネルギー粒子に衝突されると、大量の分子状水素（H2）が生成され、それが氷の中に閉じ込められることを示している。実際、宇宙線は数十メートルの氷を貫通することができます。これは、宇宙線が彗星の水の4分の1以上を水素に変換する可能性があることを意味します。

過去の実験では、太陽が氷を温めると、非晶質から結晶構造に変化することがわかっています。これにより、水素が泡の形で押し出されます。ジェットまたは扇形の噴霧の形でのガスの噴出は、オウムアムアの軌道に目に見える変化を引き起こすのに十分であろう。

「我々の主な結論は、オウムアムアは他の標準的な恒星間彗星と全く同じだということだ」とバーグナー氏は語った。 「私たちが実行したモデルは、太陽系で見られる他の彗星や小惑星と一致しています。したがって、基本的にオウムアムアは彗星のように見える物体のクラスに属していると仮定し、そのシナリオを当てはめることができます。」

もしオウムアムアにコマも尾もなかったらどうなるでしょうか？

「たとえ氷の基質に塵があったとしても、太陽光は氷を昇華させているわけではなく、単に分子構造を再配置して水素分子（H2）を放出しているだけだ。だから塵は出てこない」とセリグマン氏は説明した。

ダリル・セリグマンは、オウムアムアの奇妙な軌道を説明する新しい論文の著者の一人です。画像はコーネル大学より。

「ジェニーのアイデアの素晴らしいところは、これがまさに星間彗星で起こるはずの現象だということだ」とセリグマン氏は続けた。 「水素氷山やその他の突飛な話など、一見ばかげた考えがたくさんあるが、それらは最も一般的な説明にすぎない。」

オウムアムアの狩猟

セリグマン氏は「オウムアムア」に関する追跡調査を行うことを提案した最初の人物の一人である。プロジェクト・ライラと呼ばれるチームは現在、早ければ2028年に宇宙船を打ち上げ、2047年までにオウムアムアに到達する実現可能性を研究している。

EarthSkyはセリグマン氏と話し合い、次の恒星間物体であるオウムアムアの探査のアイデアについて話し合った。 「宇宙に関する情報をもたらすほど地球に近いオウムアムアのような天体を十分発見できたことは非常に興奮している」とセリグマン氏はアーススカイに語った。

同氏は、星間空間からこれらの物体を追跡する際の優れた点の1つは、物体の速度が非常に速いため、わざわざその軌道に衝突させるのではなく、研究者は物体の前に宇宙船や探査機を置くだけでよいことだと述べた。 「まるで猛スピードで走る車の前に飛び出すようなものだ」

セリグマン氏は、代表的な恒星間物体を探していると語った。たとえば、ボリソフは「より普通の」恒星間物体と考えられていますが、実際には私たちの太陽系の彗星とそれほど似ていません。ボリソフの化学組成には、太陽系のほとんどの彗星よりも揮発性の高い物質が多く含まれています。

これはオウムアムアに対する最終判決でしょうか?

2017年にオウムアムアが発見されて以来、科学者たちはコマを持たないが同様の加速を持つ彗星を6つ発見している。科学者たちはこれらの天体を暗黒彗星と呼んでおり、ありふれたものだと考えている。研究者たちは、水素 (H2) が太陽系のこれらの天体の加速の最も重要な源ではないことを突き止めましたが、水素の存在により、人類はこれらの奇妙なタイプの天体についてさらに多くのことを発見することができました。

これらの暗黒彗星の 1 つである 1998 KY26 は、まもなくはやぶさ 2 ミッションによって訪問される予定です。 2018年に宇宙船は小惑星リュウグウを探査した。

セリグマンは、すべてのピースがどのように組み合わさるかについて話した。「ジェニーは『閉じ込められた水素』というアイデアについて完全に正しかった。それまで誰もそんなことは考えていなかった。太陽系の他の暗黒彗星も、ジェニーの提案したアイデアにいくらかの信憑性を与えている。水は、私たちの太陽系の彗星で最も豊富な成分であり、おそらく太陽系外の他のシステムでも同様である。水が豊富な彗星をオールトの雲に入れるか、星間物質に入れると、おそらく多くの分子状水素 (H2) を含む非晶質の氷ができるだろう。」

今後の展望と謎

2025年に運用開始予定のヴェラ・C・ルビン天文台などの今後の天文台では、こうした天体がさらに多く発見されるはずです。研究チームは、ルービン天文台が年間1～3個の恒星間彗星のうち、オウムアムアのような、さらにはボリソフに似た恒星間彗星を検出できると期待している。

これらの恒星間訪問者は、私たちが地球以外の銀河についてさらに学ぶのに役立ちます。重力の相互作用によって他の銀河から彗星が引き寄せられ、太陽に向かって加速すると、遠く離れた世界がどのようなものかを垣間見ることができます。

セリグマン氏はこう述べています。「太陽系の惑星よりも、太陽系の彗星や小惑星の方が惑星形成について多くのことを教えてくれたと言えるでしょう。現在私たちが測定しようとしている太陽系外惑星よりも、星間彗星の方が太陽系外惑星について多くのことを教えてくれると思います。」

セリグマン氏はまた、「オウムアムア」の奇妙な加速を人類がようやく説明するまでには長い時間がかかったと述べた。この恒星間訪問者を理解することは、人類が太陽系の暗黒彗星などの物体についてより多くを学ぶのに役立つだろう。これに彼は畏怖の念を抱いた。

「この物体は約2週間しか観測できなかった」と彼は語った。 「しかし、それは当時最も研究された天体の一つでした。私たちは、それを説明するこの最も単純なアイデアにたどり着くまで、5年間、あらゆる種類の突飛な理論を検討しました。この理論は、太陽系の天体に関する、これまで解明できなかった他の謎も解明します。」

これが最終的な結論となるのでしょうか？時間が経てば分かるだろう。

要点：研究者たちは、オウムアムアの奇妙な軌道の謎を解明したと述べている。星間彗星内に蓄えられていた水素（H2）の放出が、この天体に大きな推進力を与えた可能性がある。

著者:ケリー・カイザー・ウィットアンド

FY: 人々

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