ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が、若い恒星系の周囲に存在する「極端なデブリディスク」を観測しました。この発見は、太陽系の初期段階で何が起きていたのかを理解する手掛かりとなります。
宇宙科学研究所（SSI）、コンコリ天文台、MTA卓越センター、スチュワード天文台、月惑星研究所（LPL）、および複数の大学からなる研究チームが、この成果を10月9日付の『アストロフィジカルジャーナル』で発表しました。筆頭著者のケイト・スー研究員（SSI所属）は、「岩石惑星の形成と巨大惑星の進化は、太陽系形成という大きな物語の一部です。私たちの極端なデブリディスク研究は、現在理解していることの全体像をまとめるのに役立ちます」とコメントしています。
太陽系初期の激しい衝突を反映する観測
今回の研究が関心を寄せるのは、太陽系の初期段階で起きたと考えられる激しい天体衝突です。太陽系の歴史初期には、惑星の移動と微惑星の軌道外への放出に伴い、衝突が比較的一般的だったとされています。ジャイアント・インパクト仮説によれば、約45億年前にテイア（火星サイズの天体）と原始地球の衝突が発生し、地球月系が形成されました。
スピッツァー宇宙望遠鏡は2020年1月の運用終了前に、極端なデブリディスク段階という新たな進化段階を発見していました。この段階にある恒星系は、太陽系における岩石惑星の軌道に相当する領域に、大量の温かいダストを含んでいます。研究チームはJWSTを用いてこの段階にある恒星系を調査し、予想外の結果を得ました。これらの系は非常に珍しく、現在のデータから示唆される割合はわずか約1％に過ぎません。
衝突エネルギーの違いを示すシリカ組成
チームは、スピッツァーとJWSTのアーカイブデータを用いて合計21個の極端なデブリディスクを集めました。このうちスピッツァーからは5個、JWSTからは16個が含まれています。さらに新規観測による12個のディスクを特定し、スピッツァーの4個について追加観察を実施しました。
サンプルの8個のディスクはシリカに富み、13個はシリカに乏しいという構成です。シリカに富むディスクは、火星サイズの天体間の高エネルギー衝突によって生成されると考えられます。これらの衝突では、大部分の物質が気化します。一方、シリカに乏しいディスクは、より低エネルギーの衝突を示唆しています。
シリカに富むディスクは恒星年齢が3億年未満の星の周りにのみ現れるのに対し、シリカに乏しいディスクは幅広い年齢の恒星の周囲で観測されます。これらの観測から、シリカに富むディスクは火星サイズの天体による高エネルギー衝突を、シリカに乏しいディスクは月サイズの天体による低エネルギー事象を反映していると推論されています。
地球のような惑星は太陽系形成後数億年以内に形成されたと考えられており、これはサンプル中のシリカに富む極端なデブリディスクの年齢と一致します。また、地球月系の形成が太陽形成後約1億年に遡り、火星サイズの天体との衝突に由来するというモデルとも矛盾しません。さらに研究チームの結果は、太陽が数十億年前にシリカに乏しい極端なディスク段階を経た可能性を示唆しています。これは後期重爆撃説と整合的です。この�シナリオでは、ガス巨星が遠大な距離を移動し、より小さい天体の軌道を混乱させ、塵を生成する破滅的な衝突を引き起こしたと考えられています。
出典: Universe Today
