遠くの物体が示す、太陽系は我々が知っていたよりもさらに広がっている

2023年10月9日

遠くの物体が示す、太陽系は我々が知っていたよりもさらに広がっている

https://www.sciencealert.com/distant-objects-show-solar-system-extends-further-than-we-knew

カイパーベルトの密集した岩塊のアーティストの印象。 (アフマド・サレム/ゲッティイメージズ)

冥王星の遥か彼方にある岩の微かな兆候を探すために望遠鏡の画像をスキャンする新しい方法により、我々の太陽系の物質の円盤が、我々が考えていたよりもはるかに遠く、星間空間にまで広がっているという証拠が明らかになりました。


数十年にわたる暗闇の観測から、天文学者たちは、カイパーベルトと呼ばれる、氷の岩石が散在する広大な領域が、地球から太陽までの距離の48倍（または48天文単位）から突然薄くなるという明確な印象を得ています。


同程度の恒星の周りには、少なくともその距離の2倍まで、岩屑の帯が広がっていることが観測されており、比較すると我々の太陽系はむしろ小柄です。この新たな発見により、我々はそんなに特別な存在ではないのかもしれません。


カナダのハーツバーグ天文学・天体物理学研究センターを率いる天文学者チームは、ニューホライズンズ探査機が太陽系の外縁部を旅する際に、調査対象となる新しい天体を発見することを期待していました。


冥王星の詳細な画像を数枚撮影した後、ニューホライズンズ探査機は、太陽から約40天文単位の距離にある、雪だるまのような形をした岩の画像を撮影しました。その後、探査機は時速約60,000キロメートル（約36,000マイル）で旅を続けました。

太陽から約60天文単位の距離にある、勇敢な小さな探査機に観察対象を見つけるのは、簡単な作業ではありません。永遠の真夜中を漂う何かを見つけるために、天文学者は工夫する必要があります。

よく使われる手法の1つに、シフトスタッキングというものがあります。太陽系の外縁部では光量が非常に少ないため、単一の望遠鏡画像では、ほとんどの天体は見えません。

異なる時間に写真を撮り、それらの画像を重ね合わせることで、暗い天体からの光をすべて一点に集め、その可視性を高めることができます。

標的の軌道が判明していれば、これはすべてうまくいきます。しかし、この方法で検出されていない天体を見つけるには、試行錯誤の繰り返しが必要になります。潜在的な軌道に沿って画像のスタックを調整し、輝く宝石が明らかになるまで、です。 

コンピューターアルゴリズムの支援があっても、数百枚の画像のスタックに隠された岩を探すには、昔ながらの人間の手作業が不可欠であり、その量も膨大です。 


作業の単調さを軽減し、作業をスピードアップするために、研究チームは機械学習を利用しました。具体的には、2020年と2021年にハワイのマウナケアにある、すばる望遠鏡で収集したデータに、人工物で作られた望遠鏡画像を挿入して、ニューラルネットワークをトレーニングしました。 

2020年のデータを人間が検索した結果と比較して、機械学習技術は2倍の多くのカイパーベルト天体を発見しました。これは、ニュー・ホライズンズの軌道に沿って、約60から80天文単位の距離で、物質の密度が明確に上昇していることを示唆しています。 

すばる望遠鏡による2021年（ブルー）と2022年（オレンジ）の観測から検出されたカイパーベルト天体。中央の黒点は、ニュー・ホライズンズの位置を示しています。

これらの結果は、探査機とハッブル宇宙望遠鏡の両方によって検出された異常な輝きを説明するのに役立つ可能性があります。この異常な輝きは、太陽系外縁部に存在する、余分な残骸の反射する塵が原因と考えられています。 

ニュー・ホライズンズが辿った太陽系外縁部で、予想以上に多くの軌道傾斜天体が発見されたことにより、いくつかの疑問が浮かび上がりました。他の空域を調査しても同様に大量の天体は見つからず、ニュー・ホライズンズの観測ルートに特別な特徴があるのか、機械学習技術に改善箇所があるのかが検討されています。

この研究結果はまだ査読を経ておらず、将来の地上・宇宙観測によって裏付けられる必要があります。

しかし現時点の成果を信じるなら、太陽系には少なくとも2つの氷物質の「リング」があり、約50天文単位のギャップで隔てられている可能性があります。1つは誰もが知るカイパーベルト、もう1つは冥王星と同じ距離まで広がる広大な氷の小惑星領域です。

なぜこのようなギャップが存在するのかは、さらに興味深い謎です。

この研究は、2023年の第54回月惑星科学会議で発表されました。

翻訳：Google Bard