過去 2 世紀半にわたって、惑星系 (私たち自身のものを含む) の起源を思い描いている科学者たちは、特定のシーンに注目してきました:生まれたばかりの星の周りで回転する円盤、ろくろの粘土のようにガスと塵から惑星を彫刻します。 /P>
しかし、アイデアをテストすることに関しては、渦巻く物質から系外惑星の合体を実際に発見することによって?まだ運がありません。アリゾナ大学の天体物理学者である Ruobing Dong は次のように述べています。
過去数年間の進歩は、それが理論にとどまらないことを示唆しています。巨大な地上望遠鏡に搭載された第 2 世代の機器を使用して、いくつかのチームが最終的にいくつかの原始惑星系円盤の内部領域を解明し、予想外の謎めいたパターンを明らかにしました。
最新のビューは 4 月 11 日にヨーロッパ南天天文台が公開した、太陽に似た若い星の周りの円盤の 8 つの画像であり、おそらく私たち自身の太陽系が幼少期にどのように見えたかを示しています。
画像は、惑星からの光の明確で明確な点を示していません。しかし、これらの星系やその他の星系には、間接的ではあるが、幼少期の惑星が内部に隠れている可能性があるという興味をそそるヒントが含まれています。一部のディスクはビニール レコードのようで、若い世界によって切り出された可能性のあるリングとギャップがあります。他のものでは、スターライトが円盤の上面と底面の両方を照らし、ヨーヨーに似た構造を形成しています。
天文学者がこのような場所で初期の惑星を見つけることができれば、その見返りは広範囲に及ぶでしょう.天文学の最も根深い考えの 1 つを証明するだけでなく、惑星が形成されている場所とそのサイズを定量的に測定することは、惑星がどのように誕生するかについての理論を区別するのにすぐに役立ちます。
コア降着と呼ばれる惑星形成の 1 つの説明では、惑星はゆっくりと形成され、岩石コアの周りで合体し、その星に近い領域であると考えられています。別の理論は、円盤内の重力不安定性に訴えるもので、巨大惑星は星から遠く離れた場所で急速に合体できることを示唆しています。現在、これらのアイデアは、太陽系と太陽系外系の現在の惑星の分布に対してテストできます。しかし、惑星が移動して再編成する機会を得る前に、プロセスがまだ進行中であるため、それらは研究されていません.
これは、これらのシステムを研究する天文学者に、統一された未完の探求を与えます。ぼんやりと離れた、乱雑な円盤を見てください。赤ちゃんの惑星を追い詰めます。そしてついに、何世紀にもわたる期待の末、宇宙の無数の世界を形成する基本的なプロセスが解明され始めます.
直接検出
原始惑星系円盤で惑星を探すとき、自分がそれらを見ていると確信するのは簡単です。これらの円盤を研究している天文学者は、内部に隠れている複数の光の斑点をすでに発見しています。たとえば、最近の 5 月 6 日、国際チームは、CS Cha と呼ばれる星系に巨大な惑星が潜んでいる兆候を報告しました。しかし今のところ、これらの斑点は単なる惑星の候補であり、確認された世界ではありません.
アマースト大学の天文学者であるキャサリン・フォレットは、「私たちはテクノロジーの非常に毛深いところにいます」と語った。 「円盤に埋め込まれた惑星の場合、それらのすべてが依然として激しく議論されています。」
このあいまいさは、これらの惑星を特別なものにするのと同じ乱雑な環境と密接に結びついています.
検索をリードする 1 つの機器は、チリのアタカマ砂漠にある超大型望遠鏡に搭載された SPHERE で、最近の 8 つの原始惑星系円盤画像を取得しました。 Follette が取り組んでいるもう 1 つのものは、チリの別の山のライバル機器である Gemini Planet Imager (GPI) です。
どちらも、より間接的な署名に依存する系外惑星を研究するためのほとんどの手法とは異なり、他の星の周りの惑星からの光子を捕捉するように設計されています。どちらも、円盤がすでに侵食されている整頓された古い太陽系で訓練された場合に、最も解釈しやすいデータを生成します。
これらのカメラには、遠くのスポット ライトの縁にとまるホタルを見つけるように、明るい主星からかすかな光の針刺しをはがす方法が必要です。彼らは、大気の変動を追跡し、補正するためにリアルタイムで独自の光学系を歪める技術である補償光学を使用しています。これにより、地球のうねる空気が相殺され、夜空のきらめきが消えて、より高い解像度が得られます。また、星からの光を遮断するコロナグラフも使用しています。
それに加えて、これらの惑星探査カメラは、差分イメージングと呼ばれるさらに別のトリックを採用しています。たとえば、SPHERE は、異なる偏光フィルターを通して 2 つの写真を同時に撮影します。スターライト自体は偏光していないため、星は両方のバージョンで同じように見えます。それは差し引くことができます。しかし、光が散乱すると偏光します。これにより、天文学者は円盤や惑星から跳ね返った光子を強調することができます。
次に、アルゴリズムが残りの光点を検索します。しかし、円盤内の惑星を探すとき、アルゴリズムは塊と雲を新生児の世界と混同する可能性があります.
Follette と同僚は、過去数年間、これらの誤った信号を分析することに費やしてきました。彼らはまた、すべての惑星がそうであるように、ケプラーの運動の法則に従ってホスト星を周回していないように見えるいくつかを含む、不可解な惑星候補を研究しました.
その間、並行して展開する惑星への別の道があります。 SPHERE と GPI は形成中の世界を明確に発見したわけではありませんが、原始惑星系円盤自体のこれまでで最も鮮明な写真を撮ることができました。
ついに間近で見られたこれらの円盤は、惑星の形成に関連している可能性のある奇妙な特徴の動物園をホストしています。カリフォルニア工科大学の天体物理学者であるコンスタンチン・バティギンは、「それはゲームを完全に変えました。 「革命的でした。」
問題は、これらの特徴をそれらを引き起こしていると推定される惑星と関連付けることにあります。それも簡単ではありません。 「私たちは円盤を惑星の道しるべと呼んでいます」とフォレットは言いました。 「しかし、それらが惑星の道しるべであるとすれば、それらはまだ解釈方法がわからないものです。」
スパイラル クレードル
2012 年に最初に発見された顕著なパターンを考えてみましょう。少なくとも半ダースの原始惑星系円盤で、何かが渦巻銀河の腕のような貝殻の渦巻きにガスと塵を巻いているようです。
天体物理学者は、これらのらせん状の腕の原因を説明するために、主に 2 つの考えを持っています。どちらも銀河の渦巻きに関する数十年前の理論から借用しています。この考えによれば、生まれたばかりの星の周りを回転するガスやちりが、天体の交通渋滞の中で積み重なり始めます。ただし、何かが最初の混乱を引き起こす必要があります。
天文学者は、重い円盤に囲まれた恒星 (周回する恒星の少なくとも 4 分の 1 の重さの恒星) では、重力の不安定性によって物質が渦巻腕に積み重なる可能性があると示唆しています。しかし研究者たちは、この質量閾値をはるかに下回っているように見える多くの渦巻き円盤を発見しており、別のメカニズムが働いている可能性を示唆しています.
おそらく、隠れた操り人形師が責任を負っています。 2015 年、アリゾナ州の天体物理学者であるドンが率いるチームは、木星よりも少し大きい巨大な惑星でも渦巻きがどのように引き起こされるかを示すシミュレーションを作成しました。惑星はアームの先端に位置し、星の周りを回る際に渦巻きを引きずります。この場合、すべてのスパイラルは、フィールドの究極の採石場、つまり誕生の過程にある惑星を指す巨大な矢のようなものです。
2016 年、Dong のチームは、これらの渦巻きが巨大な物体によって引き起こされる可能性があるという証拠を発見しました。この場合、スター HD 100453 を周回するトリガー オブジェクトは、惑星よりも見つけやすい矮星でした。しかし、それは概念実証として役立ちました。 「その後、人々はこのモデルをより信頼するようになりました」とドン氏は言います。
アーム先端の惑星を見つけること自体が契約を結ぶことになりますが、天文学者はまだ待っています. The Astrophysical Journal Lettersの最近の論文 、ジョンズ・ホプキンス大学の研究者であるビン・レンが率いるチームは、MWC 758 のスパイラルから 10 年以上前のデータを収集して分析しました。
この間、Ren の分析によると、渦巻きは非常にわずかに、年間約 0.6 度で回転した可能性があります。この自転は、約600年ごとに星を周回するアームの先端にある巨大な惑星から予想されるだろう.しかし、そのような惑星が存在するとしても、まだ隠れています.
もちろん、らせんが惑星と決定的に結びついているとしても、それらがすべての生まれたばかりの世界への道を導くわけではありません。シミュレーションでは、らせん状のパターンを描くのに十分な重さがあるのは巨大ガス惑星だけです。より小さな世界は、他の方法で発見する必要があります。また、すべての原始惑星系円盤に渦巻きがあるわけではありません。
たとえば、太陽のような星の周りの円盤の新しい SPHERE 画像には、渦巻腕がありません。 （これは、それが何であれ、渦巻きプロセスがより大質量の星の周りでより効率的である可能性があることを示唆している、とハイデルベルクのマックス・プランク天文学研究所のHenning Avenhaus氏は述べた.有望:ギャップ。
亀裂の中の惑星
2014 年の秋、チリのアンデス山脈にある電波皿のコレクションである ALMA をテストしている天文学者は、発見できる最大の原始惑星系円盤でそれを訓練することを決定しました。 HL おうし座と呼ばれる星系の空隙と太いリングの結果として得られた写真が、後で ALMA の内部会議で表示されたとき、ショーは中止されました。
チリのディエゴ・ポルタレス大学の天文学者であるルーカス・シエザは、次のように述べています。ギャップを見て、集まった科学者たちは、それらが惑星によって生成されたかどうかについて議論しました。アルマ望遠鏡の科学者たちは後に、うみへび座TW号と呼ばれる近くにある別の星系の画像を研究しました。しかし、どちらのシステムも、ギャップが惑星によって引き起こされているのか、それとも何か他のものによって引き起こされているのかという問題を解決することはできません. 「議論はまだ進行中です」と Cieza は言いました。
らせんと同じように、惑星とその他の効果の両方でギャップを形成できます。惑星は、数千年から数百万年にわたってギャップを切り開くでしょう。それが周回するとき、それは円盤の物質をそれ自体に向かって引き込むだけでなく、惑星の軌道からそれを散乱させ、空の溝を残します.
この重力彫刻は累積されます。渦巻きを作るには木星よりも大きなものが必要ですが、海王星のサイズ、または地球と同じくらい小さい世界でも、顕著なギャップが生じる可能性があると、カリフォルニア大学バークレー校の天体物理学者である Jeffrey Fung 氏は述べています。
「これらの惑星はすべて、今日の機器で簡単に確認できるほど深いギャップを開く可能性があります」と彼は言いました。重要なことに、これらのギャップは、小さな惑星の形成を研究する唯一の近い将来のチャンスかもしれません。これは、木星サイズの世界を円盤に直接見つけるよりもさらに難しいでしょう.
惑星ではない場合、何がこれらのギャップを作っているのでしょうか?円盤の磁場は乱気流の領域につながる可能性があり、空っぽの磁気の「デッド ゾーン」から物質を一掃します。または、化学の急激な変化によって、惑星の活動を模倣するギャップが生じる可能性があります。たとえば、太陽系のスノー ラインは、水が蒸気として存在する高温の内側円盤と、水が凝固して固体粒子になる外側円盤との境界を示します。一酸化炭素やアンモニアなど、他の化合物でも同様の遷移が起こります。
この混乱により、天文学者は答えの鍵を探しています。 「最良のシナリオは、ギャップに実際に惑星が見えることです」とFung氏は言います。技術的には、現在の技術では、惑星自体を拾うことはできませんが、惑星上に落下するより小さな惑星周回の物質の円盤が拾われます。このような信号が渦巻きやギャップにリンクされている場合、観測者が世界と円盤の特徴の間をより一般的に行ったり来たりするのに役立ちます.
待ち時間はそれほど長くないかもしれません。 「私が見た中で最もエキサイティングなものは公開されていません」とシエザ氏は述べ、詳細についてはコメントを控えた. 「今後数か月で非常にエキサイティングなことがたくさん期待できます。」
次世代の望遠鏡も役立つはずです。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、赤外線波長で円盤の内部をのぞき、直接惑星を探すことができます。その打ち上げは最近再び延期され、今度は 2020 年になりました。
GPI チームを率いるスタンフォード大学のブルース マッキントッシュ氏は、この行為で惑星形成を捉えるという課題は、30 メートル級の望遠鏡にとって「美しい科学的事例」であると述べています。現在チリで建設中の超大型望遠鏡のような規模の天文台は、原始惑星系円盤内のさらに小さな構造を解明することができます。
それが起こるときはいつでも、惑星形成の確認された事例は「画期的」になるだろう.世界の誕生の就寝前の数学的な話であったものが、リアルタイムで実際のデータで展開されます。 「これは、私たちがどこから来たのかという根本的な問題に関連しています。」
