NASAのウェッブが氷のケンタウルス29Pから異常な揮発性ガスの噴出を明らかに
側面から見た、ケンタウルス29P/シュヴァスマン・ヴァッハマン1のガス放出活動の想像図。
クレジット: NASA、ESA、CSA、L. Hustak (STScI)
2024年10月2日
古代ギリシャ神話に登場する半人半馬の生き物にヒントを得た天文学の分野にも、ケンタウロスのような存在がいます。ケンタウルスとは、木星と海王星の間を太陽の周りを回る遠方の天体です。NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、こうした天体の 1 つから噴出するガスの地図を作成し、その組成が多様であることを示唆し、太陽系の形成と進化に関する新たな知見をもたらしました。
ケンタウルス族は、過去数百万年の間に惑星の微妙な重力の影響によって海王星の軌道の内側に移動した、かつての太陽系外縁天体であり、最終的には短周期彗星になる可能性があります。軌道進化の過渡期にあるという意味で、ケンタウルス族は「ハイブリッド」です。多くは太陽系外縁天体（冷たいカイパーベルトの蓄積から）と短周期彗星の両方の特徴を共有しています。短周期彗星は、太陽の周りを何度も接近通過することで大きく変化した天体です。
画像A: イラスト
暗い、ほとんど星のない宇宙の帯を背景に、横から見たケンタウルス 29P/シュヴァスマン・ヴァッハマンのアーティストによる想像図。岩石で二葉の核は右側にあり、簡略化したピーナッツの形に似ています。ケンタウルスの左側は、画面外の太陽によって部分的に照らされており、核の明るい茶色の表面が見えます。半透明の白い円錐として描かれた 4 つのガスの噴流が、ケンタウルスの表面のさまざまな場所から発散し、フレームの外まで伸びています。2 つは上から上向きに発散し、1 つは下から噴出して下向きに伸び、もう 1 つは核の左側から発散して左に向かって伸びています。左下隅のラベルには「アーティストによる想像図」と書かれています。
側面から見た、ケンタウルス族 29P/シュヴァスマン・ヴァッハマンのガス放出活動の想像図。これまでの電波観測では地球に向かってガスの噴流が見られたが、天文学者らは NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して前方の噴流の構成に関するさらなる知見を集め、ケンタウルス族 29P の表面からさらに 3 つのガスの噴流が噴出していることに気づいた。
NASA、ESA、CSA、L. ハスタック (STScI)
これらの小さな氷天体は軌道遷移段階にあるため、科学者たちはその組成、ガス放出活動の理由（表面下にある氷の消失）、そして太陽系外縁部の原始的な氷天体と進化した彗星をつなぐ役割を担っている理由を解明しようと、さまざまな研究の対象となってきた。
科学者チームは最近、Webb のNIRSpec (近赤外線分光器)装置を使用して、非常に活発で準周期的な爆発現象で知られる天体、ケンタウルス族 29P/シュヴァスマン・ヴァハマン(略して 29P) のデータを取得しました。この天体は 6 ～ 8 週間ごとに強度が変化するため、太陽系外縁部で最も活発な天体の 1 つとなっています。彼らは、新しい一酸化炭素 (CO) の噴流と、これまで見たことのない二酸化炭素 (CO 2 ) ガスの噴流を発見しました。これは、ケンタウルス族の核の性質に関する新たな手がかりとなります。
「ケンタウルス族は、私たちの惑星系の形成の残り物の一部であると考えられます。非常に低温で保存されているため、太陽系の初期段階の揮発性物質に関する情報が保存されています」と、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターとワシントンDCのアメリカン大学の研究主著者であるサラ・ファッジ氏は述べた。「ウェッブは、私たちにとって印象的な解像度と感度への扉を開いてくれました。初めてデータを見たときは興奮しました。このようなものは見たことがありませんでした。」
ウェッブとジェッツ
ケンタウルス族は軌道が遠く、その結果暗いため、これまで詳細な観測は行われてこなかった。ケンタウルス族 29P のこれまでの電波波長観測データでは、CO からなるジェットが太陽 (および地球) の方向を向いていることが示された。ウェッブは正面からこのジェットを検出し、その大型ミラーと赤外線機能により、水 (H 2 O) や CO 2など、他の多くの化学物質も高感度に探知した。CO 2 は、太陽系全体で炭素が蓄えられる主な形態の 1 つである。29P の大気中には水蒸気の兆候は検出されなかったが、これはこの天体の極度に低い気温に関係している可能性がある。
この望遠鏡のユニークな画像とスペクトルデータにより、これまで見たことのない特徴が明らかになりました。北と南の方向に噴出する 2 つの CO2 ジェットと、北を向く別の CO ジェットです。これは、ケンタウルス 29P でCO2が初めて確実に検出された例です。
画像B: IFUグラフィック
「Centaur 29P のガス放出: NIRSpec プリズム積分フィールド ユニット」と題された図。左側に 2 つの地図、右側にケンタウルスから CO と CO 2 の噴流が噴出していることを示すグラフィック オーバーレイ付きの 2 つのアーティストによる概念図。上の地図には「CO 2」というラベルが付いており、Centaur 29P から北と南に向かって 2 つの二酸化炭素ガスの噴流が噴出しているのが示されています。一方、下の地図には「CO」というラベルが付いており、北に向かって 1 つの一酸化炭素ガスの噴流が噴出しているのが示されています。右側は Centaur 29P のラベル付きアーティストによる概念図で、2 つの CO 2 噴流、1 つの CO 噴流、および CO と CO 2 で構成された前方の噴流が含まれています。右下隅には、ラベル付きアーティストによる概念図の側面図があります。詳細については説明を参照してください。
科学者チームは、NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の分光機能を使用して、太陽系外縁部で最も活発な天体の一つであるケンタウルス 29P/シュヴァスマン・ワッハマンのデータを収集しました。ウェッブのデータにより、これまで見たことのない特徴が明らかになりました。北と南の方向に噴出する 2 つの二酸化炭素の噴流と、北を向く一酸化炭素の噴流です。
NASA、ESA、CSA、L. ハスタック (STScI)、S. ファッジ (NASA-GSFC、アメリカン大学)
ウェッブが収集したデータに基づいて、研究チームはジェットの 3D モデルを作成し、ジェットの方向と起源を解明しました。モデル化作業を通じて、ジェットはケンタウルスの核のさまざまな領域から放出されていることがわかりましたが、核自体はウェッブでは解像できませんでした。ジェットの角度から、核は異なる組成を持つ個別の物体の集合体である可能性が示唆されていますが、他のシナリオもまだ排除できません。
ビデオ A: ズームとスピン
Centaur 29P Outgassing (Artist's Concept)
側面から見た、ケンタウルス族 29P/シュヴァスマン・ヴァッハマンのガス放出活動の想像図。以前の電波観測では地球に向かってガスの噴流が見られたが、天文学者は NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して前方の噴流の構成に関するさらなる知見を集め、ケンタウルス族 29P の表面からさらに 3 つのガスの噴流が噴出していることを確認した。
提供元: NASA、ESA、CSA、L. Hustak (STScI)
「ケンタウルス29Pの表面全体でCOとCO 2の量が劇的に異なるという事実は、29Pが複数の破片でできている可能性を示唆している」とNASAゴダード宇宙センターの研究共同著者であるジェロニモ・ビジャヌエバ氏は述べた。「おそらく2つの破片が合体してこのケンタウルスができたのだろう。これは、別々の形成過程を経た非常に異なる天体の混合物である。これは、カイパーベルトで原始的な物体がどのように生成され、保存されているかという私たちの考えに疑問を投げかけるものだ。」
未回答の質問が続く（今のところ）
ケンタウルス 29P の急激な明るさの理由と、CO と CO 2 の噴流によるガス放出活動の背後にあるメカニズムは、引き続きさらなる調査を必要とする 2 つの主要な関心分野です。
彗星の場合、科学者たちはその噴流が水のガス放出によって駆動されることが多いことを知っています。しかし、ケンタウルス族は位置が寒すぎるため、水の氷が昇華できず、そのガス放出活動の性質は彗星とは異なります。
「この天体を観察する時間は、スナップショットのように一度しかありませんでした」と、ノースカロライナ州ブーンにあるアパラチア州立大学の研究共同執筆者であるアダム・マッケイ氏は語る。「ケンタウルス29Pをもっと長い期間にわたって観察してみたいと思います。噴流は常にその方向を向いているのでしょうか？ 自転周期の別の時点で発生する別の一酸化炭素噴流があるのでしょうか？ これらの噴流を長期にわたって観察すれば、これらの噴出の原因についてより深い洞察が得られるでしょう。」
研究チームは、ケンタウルス 29P についての理解が深まるにつれ、同じ技術を他のケンタウルス族にも応用できると期待している。天文学界のケンタウルス族に関する集合的な知識を向上させることで、同時に太陽系の形成と進化についての理解も深めることができる。
これらの研究結果はNatureに掲載されました。
この観察は一般観測員プログラム2416の一環として行われた。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界最高の宇宙科学観測所です。ウェッブ望遠鏡は、太陽系の謎を解き明かし、他の星々の周りの遠くの世界を観察し、宇宙の神秘的な構造と起源、そして宇宙における私たちの位置を探っています。ウェッブ望遠鏡は、NASA がパートナーである ESA (欧州宇宙機関) と CSA (カナダ宇宙機関) と共同で主導する国際プログラムです。
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側面から見た、ケンタウルス29P/シュヴァスマン・ヴァッハマン1のガス放出活動の想像図。
クレジット: NASA、ESA、CSA、L. Hustak (STScI)
2024年10月2日
古代ギリシャ神話に登場する半人半馬の生き物にヒントを得た天文学の分野にも、ケンタウロスのような存在がいます。ケンタウルスとは、木星と海王星の間を太陽の周りを回る遠方の天体です。NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、こうした天体の 1 つから噴出するガスの地図を作成し、その組成が多様であることを示唆し、太陽系の形成と進化に関する新たな知見をもたらしました。
ケンタウルス族は、過去数百万年の間に惑星の微妙な重力の影響によって海王星の軌道の内側に移動した、かつての太陽系外縁天体であり、最終的には短周期彗星になる可能性があります。軌道進化の過渡期にあるという意味で、ケンタウルス族は「ハイブリッド」です。多くは太陽系外縁天体（冷たいカイパーベルトの蓄積から）と短周期彗星の両方の特徴を共有しています。短周期彗星は、太陽の周りを何度も接近通過することで大きく変化した天体です。
画像A: イラスト
暗い、ほとんど星のない宇宙の帯を背景に、横から見たケンタウルス 29P/シュヴァスマン・ヴァッハマンのアーティストによる想像図。岩石で二葉の核は右側にあり、簡略化したピーナッツの形に似ています。ケンタウルスの左側は、画面外の太陽によって部分的に照らされており、核の明るい茶色の表面が見えます。半透明の白い円錐として描かれた 4 つのガスの噴流が、ケンタウルスの表面のさまざまな場所から発散し、フレームの外まで伸びています。2 つは上から上向きに発散し、1 つは下から噴出して下向きに伸び、もう 1 つは核の左側から発散して左に向かって伸びています。左下隅のラベルには「アーティストによる想像図」と書かれています。
側面から見た、ケンタウルス族 29P/シュヴァスマン・ヴァッハマンのガス放出活動の想像図。これまでの電波観測では地球に向かってガスの噴流が見られたが、天文学者らは NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して前方の噴流の構成に関するさらなる知見を集め、ケンタウルス族 29P の表面からさらに 3 つのガスの噴流が噴出していることに気づいた。
NASA、ESA、CSA、L. ハスタック (STScI)
これらの小さな氷天体は軌道遷移段階にあるため、科学者たちはその組成、ガス放出活動の理由（表面下にある氷の消失）、そして太陽系外縁部の原始的な氷天体と進化した彗星をつなぐ役割を担っている理由を解明しようと、さまざまな研究の対象となってきた。
科学者チームは最近、Webb のNIRSpec (近赤外線分光器)装置を使用して、非常に活発で準周期的な爆発現象で知られる天体、ケンタウルス族 29P/シュヴァスマン・ヴァハマン(略して 29P) のデータを取得しました。この天体は 6 ～ 8 週間ごとに強度が変化するため、太陽系外縁部で最も活発な天体の 1 つとなっています。彼らは、新しい一酸化炭素 (CO) の噴流と、これまで見たことのない二酸化炭素 (CO 2 ) ガスの噴流を発見しました。これは、ケンタウルス族の核の性質に関する新たな手がかりとなります。
「ケンタウルス族は、私たちの惑星系の形成の残り物の一部であると考えられます。非常に低温で保存されているため、太陽系の初期段階の揮発性物質に関する情報が保存されています」と、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターとワシントンDCのアメリカン大学の研究主著者であるサラ・ファッジ氏は述べた。「ウェッブは、私たちにとって印象的な解像度と感度への扉を開いてくれました。初めてデータを見たときは興奮しました。このようなものは見たことがありませんでした。」
ウェッブとジェッツ
ケンタウルス族は軌道が遠く、その結果暗いため、これまで詳細な観測は行われてこなかった。ケンタウルス族 29P のこれまでの電波波長観測データでは、CO からなるジェットが太陽 (および地球) の方向を向いていることが示された。ウェッブは正面からこのジェットを検出し、その大型ミラーと赤外線機能により、水 (H 2 O) や CO 2など、他の多くの化学物質も高感度に探知した。CO 2 は、太陽系全体で炭素が蓄えられる主な形態の 1 つである。29P の大気中には水蒸気の兆候は検出されなかったが、これはこの天体の極度に低い気温に関係している可能性がある。
この望遠鏡のユニークな画像とスペクトルデータにより、これまで見たことのない特徴が明らかになりました。北と南の方向に噴出する 2 つの CO2 ジェットと、北を向く別の CO ジェットです。これは、ケンタウルス 29P でCO2が初めて確実に検出された例です。
画像B: IFUグラフィック
「Centaur 29P のガス放出: NIRSpec プリズム積分フィールド ユニット」と題された図。左側に 2 つの地図、右側にケンタウルスから CO と CO 2 の噴流が噴出していることを示すグラフィック オーバーレイ付きの 2 つのアーティストによる概念図。上の地図には「CO 2」というラベルが付いており、Centaur 29P から北と南に向かって 2 つの二酸化炭素ガスの噴流が噴出しているのが示されています。一方、下の地図には「CO」というラベルが付いており、北に向かって 1 つの一酸化炭素ガスの噴流が噴出しているのが示されています。右側は Centaur 29P のラベル付きアーティストによる概念図で、2 つの CO 2 噴流、1 つの CO 噴流、および CO と CO 2 で構成された前方の噴流が含まれています。右下隅には、ラベル付きアーティストによる概念図の側面図があります。詳細については説明を参照してください。
科学者チームは、NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の分光機能を使用して、太陽系外縁部で最も活発な天体の一つであるケンタウルス 29P/シュヴァスマン・ワッハマンのデータを収集しました。ウェッブのデータにより、これまで見たことのない特徴が明らかになりました。北と南の方向に噴出する 2 つの二酸化炭素の噴流と、北を向く一酸化炭素の噴流です。
NASA、ESA、CSA、L. ハスタック (STScI)、S. ファッジ (NASA-GSFC、アメリカン大学)
ウェッブが収集したデータに基づいて、研究チームはジェットの 3D モデルを作成し、ジェットの方向と起源を解明しました。モデル化作業を通じて、ジェットはケンタウルスの核のさまざまな領域から放出されていることがわかりましたが、核自体はウェッブでは解像できませんでした。ジェットの角度から、核は異なる組成を持つ個別の物体の集合体である可能性が示唆されていますが、他のシナリオもまだ排除できません。
ビデオ A: ズームとスピン
Centaur 29P Outgassing (Artist's Concept)
側面から見た、ケンタウルス族 29P/シュヴァスマン・ヴァッハマンのガス放出活動の想像図。以前の電波観測では地球に向かってガスの噴流が見られたが、天文学者は NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して前方の噴流の構成に関するさらなる知見を集め、ケンタウルス族 29P の表面からさらに 3 つのガスの噴流が噴出していることを確認した。
提供元: NASA、ESA、CSA、L. Hustak (STScI)
「ケンタウルス29Pの表面全体でCOとCO 2の量が劇的に異なるという事実は、29Pが複数の破片でできている可能性を示唆している」とNASAゴダード宇宙センターの研究共同著者であるジェロニモ・ビジャヌエバ氏は述べた。「おそらく2つの破片が合体してこのケンタウルスができたのだろう。これは、別々の形成過程を経た非常に異なる天体の混合物である。これは、カイパーベルトで原始的な物体がどのように生成され、保存されているかという私たちの考えに疑問を投げかけるものだ。」
未回答の質問が続く（今のところ）
ケンタウルス 29P の急激な明るさの理由と、CO と CO 2 の噴流によるガス放出活動の背後にあるメカニズムは、引き続きさらなる調査を必要とする 2 つの主要な関心分野です。
彗星の場合、科学者たちはその噴流が水のガス放出によって駆動されることが多いことを知っています。しかし、ケンタウルス族は位置が寒すぎるため、水の氷が昇華できず、そのガス放出活動の性質は彗星とは異なります。
「この天体を観察する時間は、スナップショットのように一度しかありませんでした」と、ノースカロライナ州ブーンにあるアパラチア州立大学の研究共同執筆者であるアダム・マッケイ氏は語る。「ケンタウルス29Pをもっと長い期間にわたって観察してみたいと思います。噴流は常にその方向を向いているのでしょうか？ 自転周期の別の時点で発生する別の一酸化炭素噴流があるのでしょうか？ これらの噴流を長期にわたって観察すれば、これらの噴出の原因についてより深い洞察が得られるでしょう。」
研究チームは、ケンタウルス 29P についての理解が深まるにつれ、同じ技術を他のケンタウルス族にも応用できると期待している。天文学界のケンタウルス族に関する集合的な知識を向上させることで、同時に太陽系の形成と進化についての理解も深めることができる。
これらの研究結果はNatureに掲載されました。
この観察は一般観測員プログラム2416の一環として行われた。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界最高の宇宙科学観測所です。ウェッブ望遠鏡は、太陽系の謎を解き明かし、他の星々の周りの遠くの世界を観察し、宇宙の神秘的な構造と起源、そして宇宙における私たちの位置を探っています。ウェッブ望遠鏡は、NASA がパートナーである ESA (欧州宇宙機関) と CSA (カナダ宇宙機関) と共同で主導する国際プログラムです。
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