白色矮星の周囲で小惑星が完全に粉砕されない理由
白色矮星の周囲に存在する小惑星が、予想より大きな破片のまま残存することが判明した。惑星科学研究所のシニア科学者ジョーダン・K・ステックロフを筆頭とする研究チームが、『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に掲載した論文「Size Limits on Tidal Debris around White Dwarfs: The Kilometer-size Barrier」で明らかにした。
白色矮星は太陽のような恒星の末期段階の遺骨である。地球程度のサイズながら太陽と同等の質量を持つため、極めて高い密度と莫大な重力を有している。この重力は近付いてきた天体を引き裂く十分な力を備えており、WD 1145+017のように複数の小さな岩石天体が周囲で破壊され、白色矮星の表面へとデブリが降り注ぐ現象が観測されている。
ファンデルワールス力で支える瓦礫の山
研究の背景には、従来の理論と観測の不一致がある。これまで白色矮星の周囲でのデブリディスク形成は、内部強度を持たない瓦礫の山（rubble pile）が潮汐力で完全に破砕される過程として模型化されてきた。しかし実際の小惑星は内部に結合力を備えている。地球に落下したサンプル、イトカワ、龍宮、ベンヌはいずれも瓦礫の山である。
これらの小惑星を結合させているのはファンデルワールス力（van der Waals force）である。原子分子間に働く弱い短距離力だが、ヤモリの足が示すように、極めて有効に機能する。ステックロフは「何ものも真の意味で強度がない」と述べ、「粒子間の微小な引力であるファンデルワールス力は、彗星と小惑星に新雪を引き裂く強度より100倍弱い最低限の強度を与える」と説明している。
キロメートルサイズの壁
研究チームがこの内部強度をモデルに組み込むと、新たな制約が浮かび上がった。水氷、鉄、月の高地、ベスタ、地球に相当する物質密度について計算した結果、瓦礫の山の破壊時に生成される破片の最大サイズは約0.1～1キロメートルである。
論文で「キロメートルサイズの壁」と呼ぶこの限界は、潮汐破片の特性的なサイズと一致し、デブリの大部分がこのサイズ帯に含まれる。一般的な瓦礫の山の内部強度は約10～1000パスカルで、これは固岩よりも約100万倍弱い。研究チームは異なる強度値（10パスカルと1キロパスカル）での計算結果も示し、特性的な破片サイズがそれぞれ約100メートルと1000メートルになることを明らかにした。
潮汐力による破砕だけでは、観測される塵状のディスクを説明できない。研究チームは、ディスク形成モデルにはもう一つの塵生成メカニズムが必要だと指摘する。それはおそらく衝突である。ディスクの最終的な形を決定する力はポインティング・ロバートソン効果（Poynting-Robertson drag）で、恒星放射が白色矮星周囲の塵粒に作用し、塵を内側へ螺旋状に落下させる。ただしこの効果が機能するには、塵粒が十分に小さくて引きずられながらも、放射圧で吹き飛ばされるほど大きくない必要がある。今回の研究は破砕だけではこのサイズの塵を生成できないことを示している。
出典: Universe Today
