2017年、奇妙に不規則な軌道を持つ奇妙な形の岩石が太陽系を一掃し、到着するとすぐに去りました.天文学者はすぐに、それがこの辺りからのものではないことに気付きました。それは、ダーツボードの同心リングに投げられたダーツのように、惑星の軌道面を上から下に突き破り、太陽の重力に捕まるには速すぎて超高速で移動しました。また、非常に暗く、奇妙に細長いように見えましたが、非常に高速だったため、その特性の多くは永遠に謎のままです.
しかし、これまでに観測された最初の星間小惑星であるこの物体は、唯一のものではなかったことが判明しました。それほど珍しいことではないかもしれません。天文学者は、このような天体が銀河に散らばっている可能性があることを認識しつつあります。おそらく非常に多く、より大きな世界の形成に影響を与え、私たち自身を含む惑星系全体にさえ影響を与える可能性があります.
「オウムアムア」と名付けられた小惑星の出現は、天文学における大転換の劇的なデモンストレーションでした。少なくとも比喩的には、太陽系は真空中に存在しないという認識です。どの惑星も島ではなく、孤立して星が形成されることもありません。宇宙は、星間空間を流れる想像を絶する巨大なガスの噴流から、風にそよぐタンポポの種のように散らばるオウムアムア型の小惑星のパン粉まで、研究者が長い間認識してきたよりもはるかに長い距離と時間にわたって相互作用するものでいっぱいです。
この認識は、星系がどのように形成されるかについての天文学者の考え方を変えています。惑星系の誕生を研究している研究者は、たとえば天体物理学的ガスの流れなどをこれまで考慮したことがありませんでした。カリフォルニア大学デービス校の惑星科学者であるサラ T. スチュワートは、「以前は、自分たちの車線にとどまることができました」と述べています。しかし、研究者が太陽系のレシピをリバース エンジニアリングすることで、宇宙全体から材料を集めようとしています。
この研究から生まれた新しいアイデアは、さまざまな系外惑星の謎に対する潜在的な答えを提供し始めています。たとえば、惑星は、天体物理学者が考えていたよりもはるかに早く孵化するようです。さらに、巨大な惑星は、比較的少量のガスと塵から成長しているように見えます。そして、天文学者は、地球よりほんの少し大きい惑星が少ないことを理解しようとしています.
惑星科学者は、惑星がどのように作られるかについて完全な理解をまだ持っていません。彼らのモデルは数多くあり、不完全です。しかし今、これらの異なる分野のいくつかからのアイデアの急速な組み合わせにより、研究者は惑星形成プロセスをより確実に把握し始めています.スチュワート氏は、惑星がどのように作られるかについて、「私たちが何かひとつのことに決着をつけていないという事実は、私たちが非常に多くの新しいことを学んだからです」と述べた.
種からの惑星
昨年、スイスで開催された「オウムアムア」に関する会議で、ミケーレ・バニスターとスザンヌ・ファルツナーはコーヒーブレイク中に一緒に座った.ドイツのユーリッヒ研究センターの天文学者であるプファルツナーは、惑星形成の専門家であるバニスターに、星間空間から「オウムアムアのような物体が若い星を取り囲む円盤を通り抜けたらどうなるか」とさりげなく尋ねました。 「ディスク内のこれらすべてのものの影響は何ですか?」彼女は尋ねた。 「星間物体が原始惑星系円盤に入るとどうなりますか?」
「オウムアムア」に関する初期の論文の 1 つを執筆したバニスターは、ちょっと考えてみました。 「オウムアムアの長さは約100メートルで、渦巻く塵とガスの雲にさざなみを作るのに十分な大きさです。 「私たちはお互いを見て、『これは重要なことに違いない』と考えました」とバニスターは言いました。 2 人はアイデアをスケッチし始めました。
「これを見れば見るほど、誰かがまだこれについて考えていなかったとは信じられませんでした」と、クイーンズ大学ベルファストの天文学者であるバニスターは言いました。
4 月に The Astrophysical Journal Letters に掲載された論文で 、バニスターとファルツナーは、オウムアムアのような岩石が惑星形成の触媒である可能性があると主張しています.宇宙を航行しているそのような物体はおそらく数え切れないほど数十億あると彼らは言う.若い星を取り囲む渦巻くガスと塵のエンベロープと交差すると、乱気流とせん断が発生してガスがかき混ぜられ、後に惑星を形成するパターンに彫刻される可能性があります。
さらに彼らは、「オウムアムアに似たアイテムは適切な速度で移動して永住者になる可能性がある」と主張しています。幼児期の太陽系は、これらの星間旅行者を大量に捕まえることができます。新しい家で、これらの移民は小さな小石やほこりの粒を集め始め、より大きな物体に成長しました.そうすることで、それらは小石の降着の構成要素を提供します。これは、大きな物体がいかに急速に惑星に成長できるかを説明する理論です。
「それは大量の質量ではありません。それを引き起こすのは、ディスク内の彼らの存在です」とファルツナーは言いました。 「シード段階です。巨大な木を育てることはできますが、それは常に小さな種から始まります。それは種子の質量ではありません。もしそうなら、それは可能性です。」
ある種の種が必要です。 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array などの望遠鏡からの最近の観測は、惑星が若い星の周りで非常に急速に形成されることを示しています。天文学者が惑星形成について知っていることからすると、これは奇妙に思えますが、侵入者が助けている可能性はあるとバニスターは言います。
しかし、これらのアイデアは、宇宙を航行するオウムアムアのような物体が大量に存在する場合にのみ機能します。それらを直接見つけることはほとんど不可能です。月のない夜に海の上のブヨのように、暗くて小さく、星から切り離されています。しかし、多くの天文学者はそれらが一般的であると信じています.
「オウムアムアを見ると、太陽系への最初の星間訪問者であるはずがありません。ノースカロライナ州立大学の惑星地質学者、ポール・バーン氏は次のように述べています。 「そして、それが唯一のものであるはずがありません。つまり、おそらくたくさんあるということです。」
最近の研究は、それらが実際に一般的であると間接的に主張しています。 2018 年、研究者は、別の星の周りで発生した可能性のある 8 つの双曲彗星を特定しました。そして 4 月、Amir Siraj と彼のアドバイザーでハーバード大学の天文学者である Avi Loeb は、2014 年に地球の大気圏で燃え尽きた隕石は太陽系の外から来た可能性が高いと主張しました。
「物質の蓄積を開始できる手段を彼らが提供しているという事実は、これらの体がどのように成長するかについての理解に追加する必要があるもっともらしいものでなければならないことを意味します」とバーンは言いました.
バニスター氏は、惑星の種の概念は、銀河系の最も初期の星の周りに非常に古い惑星を誰も発見していない理由を説明することさえできると述べた. 「銀河の歴史の初期には、十分な種がなかったのかもしれません」と彼女は言いました。 「おそらく[惑星]はよりゆっくりと形成され、効率が低下する可能性があります。」
しかし、これらの「オウムアムアに似た岩石」が、遠い過去に惑星が稀だった理由と、今日の惑星がなぜこれほど急速に形成されたのかの両方を説明できるとすれば、最初の種はどこから来たのかという新たな疑問が生じます。
宇宙衝突
ガスとちりは、大きな厚い円盤の中で若い星の周りを渦巻いています。どういうわけか、研究者が理解していないプロセスで、これらのディスク内のダスト粒子が結合して、コンドリュールと呼ばれるミリサイズの岩石粒子を形成します。これらは、太陽系で最も一般的な形の宇宙岩や、地球に落下する最も一般的な形の隕石であるコンドライトの主要な成分です。
コンドライトは一般的であるため、コンドリュールは惑星が鍛造されていたときに一般的な成分であったに違いありません.それらは最初の固体の一部であり、太陽系とその基本的な構成要素の年代を特定するのに役立ちます。研究者たちは、コンドリュールがどのように集まってより大きなコンドライトを形成するかについて、いくつかのアイデアを持っています。しかし、今日の最高のコンピュータ シミュレーションと他の惑星系の最も詳細な観測があっても、コンドリュール自体がどのように形成されるかについてのコンセンサスはありません。
まるで太陽系が何十ものレンガ造りの家でできているかのようです。研究者たちは、レンガが集まって家を作るプロセスを理解しています。しかし、レンガを作るものは何ですか?
問題の一部は、どのモデルもコンドリュール特有の性質をすべて満たすことができないことにある、とスチュワート氏は述べた。これらの小さな火成岩の塊は、摂氏約 2,000 度ほどの高温で突然溶けたに違いありません。これは、太陽系形成の最良のモデルでは再現が困難な極端な状態です。コンドリュールがどのように形成されるかについてのアイデアには、稲妻が含まれます。一種の自然発火をもたらす化学反応。近くの超新星爆発からの衝撃波。磁場; 「オウムアムア」などの微惑星の衝突。ガンマ線バースト;恒星形成過程でまだ溶けていた微惑星からの熱。
スチュワートは別の可能性を提案します。彼女は、激しい気化衝突によって引き起こされるガスの流れが、溶けた岩石の最小の液滴を一緒に押し込み、それらが結合し始める可能性があると述べました.このアイデアは、研究者がこれまで行ったことのない方法で、天体物理学と惑星形成プロセスを組み合わせるという点でユニークです。
スチュワートは、シネスティアと呼ばれる奇妙な新しい惑星相を研究しています。彼女と現在カリフォルニア工科大学の惑星科学者であるサイモン ロックは、月の形成を説明するために 2017 年に提案しました。シネスティアとは、ふくらんでいるベーグルのような形をした、気化した岩の膨らみ、膨らんだ雲です。シナスティアでは、地球と月を作った物質が完全に混ざり合っていたでしょう.
コードのいくつかをいじっているうちに、スチュワートは、似たようなものがコンドリュールの前駆体を一緒に駆動して結合できることに気付きました。小石のようなビスケット生地のように、最終的にまとまりのある生地を形成します。
このプロセスは、若い太陽を取り囲む原始的な岩石である微惑星から始まります。オウムアムアのような侵入者かもしれません。あるいは、私たちの星が生まれた直後に形成された可能性もあります。それらの起源が何であれ、それらは豊富であり、ガスで満たされた太陽星雲の中で互いに衝突し、相互確証破壊のビリヤード ゲームになります.
これらの原始微惑星が衝突すると、それらは蒸発し、その蒸気はまだ熱い太陽系星雲へと膨張します。この気化は、航空機が防音壁を吹き抜けるときに音響衝撃波を発生させるのと同様に、船首衝撃を引き起こすほどの熱と力で発生します。船首の衝撃は星雲ガスを押し出し、低圧の中心領域を作り出します。次に、蒸気プルームが崩壊してこの低圧の領域を満たすと、ガスの流れが気化した岩石の液滴を一緒に導きます。蒸気プルームの膨張とその後の崩壊により、コンドリュールのサイズと一致するケイ酸塩の液滴が生成されます。
「小石が衝突して結合できるように、小石を一緒に吹き飛ばすにはガスが必要です」とスチュワートは言いました。
これはすべて一瞬のうちに起こります — 数日から数週間で、惑星のタイムスケールではほんの一瞬です。しかし、この一時的で暴力的なプロセスは、私たちの太陽系がどのように形成されたかに明らかに重要である、とスチュワートは述べた.彼女は、星雲ガスの役割と、それが気化した岩石とどのように相互作用するかは、以前は認識されていなかったと指摘しています.
「私がそれに取り組んでいたとき、私はそれを見続け、「ああ、私はコードを壊した!」そして、「いや、待って!それは本当の物理学です」と彼女は言いました。 「誰もガスを入れていなかったので、今まで見たことのないクレイジーなものがありました。」
彼女は 3 月にヒューストンで開催された月惑星科学会議で初期の発見を発表しましたが、彼女の結果はまだ公開されていません。
しかし、コンドリュールを生成する彼女のアイデアが機能するためには、スチュワートはまだ最初の種、つまりコンドリュールを作るために互いに破壊し合う微惑星が必要です。これらの種子がどこから来るのかは、今後の研究の課題である、と Stewart と彼女の同僚は言う。バニスターとファルツナーが新世代の惑星の間で起こっている可能性があることを示唆しているように、太陽系は「オウムアムア風の種」でいっぱいだったのかもしれません.
それでもスチュワート氏は、この作品に対して「あはは」という反応を得たと語った。 「これは純粋な意味での発見です。フィーリング・ライトの側面があります」と彼女は言いました。
コズミック コネクション
コンドリュールに関するスチュワートの研究と、惑星形成に関するバニスターとファルツナーのアイデアは、宇宙でもすべてがつながっているという新たな理解の一部です。 「天体物理学では膨大な量のさまざまな分野を経験しなければなりません」とファルツナーは言いました。「星間物質、分子雲、星の形成、それらを取り巻く円盤、惑星の形成」
大型シノプティック サーベイ テレスコープ (LSST) のような将来の天文台からのデータは、多くの異なるサイズ スケールにわたって考える必要性を強化する可能性があります。 LSST は太陽系の小さな小石を分解できる可能性があり、天文学者はより多くのオウムアムアのような天体を探すことができます。 「私たちの太陽系が他の太陽系から来たこれらの星間断片でぎっしり詰まっているとしたら、それは本当に、本当にエキサイティングだと思います. 「LSST は、このまったく新しい世界を開きます」。これは、時間と空間を超えて宇宙全体で私たちの太陽系を他の太陽系に接続するものです。
バニスター氏は、「その意味するところはとても楽しいものです。」
