太陽は母ではなく兄弟だった?惑星は恒星誕生よりも前から形成されていた可能性あり

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観測されたへびつかい座の分子雲密集領域。バツ印の位置がIRS 63原始星。
観測されたへびつかい座の分子雲密集領域。バツ印の位置がIRS 63原始星。 / Credit:MPE/D. Segura-Cox, Herschel data from ESA/Herschel/SPIRE/PACS/D. Arzoumanian
reference: MPE,sciencealert

観測史上、最年少となる原始星が発見されました

「IRS63」と名付けられたこの星は、誕生してまだ50万年未満で、まさに赤ちゃん太陽というべきものです。

そしてこの生まれて間もない星の周りには、さらに驚きの発見があったのです。

10月7日に科学誌『Nature』へ掲載されたマックス・プランク地球外物理学研究所のチームによる論文によると、この原始星の周りで、すでに惑星形成がかなり進んでいる痕跡が見つかったのです。

この結果は、原始星が誕生する以前から、惑星の形成もすでに始まっている可能性を示唆しています。

赤ちゃん太陽と原始惑星

ALMAが撮影したIRS63原始星を取り巻く若い惑星形成ダストリング。
ALMAが撮影したIRS63原始星を取り巻く若い惑星形成ダストリング。 / Credit: MPE/D. Segura-Cox

今回観測された非常に幼い原始星「IRS 63」は、地球から約470光年離れた「へびつかい座ρ星(ろーせい)」の星形成領域で見つかりました。

推定された星の年齢は50万歳未満で、その周囲には塵とガスによるダストリング(厚い円盤)が出来上がっています。こうした星形成過程の初期段階の天体は、クラスⅠ天体と呼ばれます。

「IRS 63」は、これまで見つかってきたクラスⅠ天体の中でも半分未満の年齢で、星の最年少記録といえるものです。

若い恒星の周りに形成されるダストリングでは、塵やガスがくっついて太陽系のように惑星たちが形成されていきます。

惑星の形成についてはまだ未解明な部分が多く、この非常に若い太陽の発見は、惑星形成の謎を解き明かす鍵になると期待されているのです。

惑星形成の証拠となる円盤の隙間

私たちの太陽系の軌道と比較したIRS63ダストリングと隙間。
私たちの太陽系の軌道と比較したIRS63ダストリングと隙間。 / Credit: MPE/D. Segura-Cox

「IRS 63」が研究者たちを驚かせたのは、誕生から50万年未満という幼い星でありながら、その周囲に形成過程の進んだ惑星があるように見えたからです。

曖昧な表現ですが、はっきりと見えるものではないため状況から推測するしかありません。

「IRS 63」の円盤は画像を見るとわかるように、縞模様になっています。つまり、円盤を作る塵やガスの中に円形の物質が少ない隙間ができているのです。

こうした状況は、他の若い星が持つ円盤にも見つかっています。

円盤に縞模様の隙間ができる原因は、生まれたての惑星が軌道上の物質を吸い寄せて降着させたためだと考えられています。

円盤の中では、最初電気的な作用によって小さな塵などがくっついていきます。これが徐々に大きい塊になっていき、微惑星と呼ばれるサイズのものになると、今度は重力の作用によって周りの物質を集めて成長していきます。

するとこの微惑星の軌道上の物質は、全部この惑星の種に掃き集められていくので、塵やガスのない隙間の領域ができあがるのです。

惑星形成モデルの問題点

上記は一般的な惑星形成モデルの考え方ですが、ここには未解決の問題点があります。

塵やガスを集めて成長していく惑星形成には、非常に長い時間がかかります。しかし、恒星の周囲の円盤は、恒星自体への塵やガスの降着や、磁場などの作用により星の極方向へ物質が吹き飛ばされてしまうため、100万年程度でかなりの質量が失われてしまいます

100万歳を超えた恒星の周りでは、もう太陽系レベルの惑星形成には物質が足りない状態となってしまうのです。

このことは惑星形成を理解する上での大きな矛盾点でした。

しかし、今回の発見は50万歳未満の星の周りで、すでに十分な大きさの惑星が育っている可能性を示唆しているのです。

分析によると、「IRS 63」から19天文単位の距離には、木星質量の0.47倍の物体によって隙間が作られた形跡があり、37天文単位の隙間は木星質量の0.31倍の物体が刻んだ可能性があります。

地球が木星の0.003倍の質量しかないということを考えると、かなり大きな天体が恒星誕生の初期段階ですでに急速に降着を始めていることになります。

これはこれまでの惑星モデルの考えからすると、予想外の事実です。

太陽は惑星たちの母ではなく、兄弟なのかもしれない

太陽は惑星たちの兄弟かもしれない。
太陽は惑星たちの兄弟かもしれない。 / Credit:depositphotos

この形成の速度から考えた場合、惑星の形成は恒星の誕生よりも前から始まっている可能性が高いと考えられます。

もちろんこれはまだ確定された話ではありません

今回の発見には、他にも解釈が存在します。一説では、この円盤の隙間はラジアル・ドリフトと呼ばれる現象で作られたもので、惑星はまだ形成されていないといいます。

ラジアル・ドリフトは、円盤内のガスが塵や岩石の運動量を奪うことで、これらが星に向かって落ちてしまうため、隙間ができるというものです。

しかし、これによって円盤には物質の密度が濃い領域が生まれるため、そこから惑星が形成されやすくなると考えられます。

いずれにしても、今回の発見は赤ちゃん太陽の周りで非常に早い段階から惑星の形成が始まる可能性を示しています。

これまで太陽は惑星たちの母親のような存在と考えられていましたが、本当は惑星たちと一緒に生まれて育った兄弟のような存在なのかもしれないのです。

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