謎の光る点は砂丘から舞い上げられた砂塵の雲？ 活発な衛星タイタンに新しい特徴を発見

地球以外で唯一、地表に安定した液体が存在しているのが土星の衛星タイタンです。

意外に思うかもしれませんが、厚い大気と湖、川、海を持っていて、太陽系の中で最も地球に似た天体と言えるんですねー

ただ、極寒の地表にあるのは水ではなく、メタンやエタンのような有機分子の液体…

地球では水の雨が降り、川となって海に流れ、蒸発してまた雨になるのですが、タイタンではエタンやメタンと言った炭化水素が循環しています。

今回、そのタイタンに新しい特徴が見つかりました。
どうやら、タイタンの赤道領域では大規模な砂嵐が発生しているようです。


土星探査機の観測データから分かった新しい特徴

NASAとヨーロッパ宇宙機関などが運用した土星探査機“カッシーニ”は、2004年から2017年まで土星とその衛星を周回して探査を行っていました。

今回、その膨大なデータの一部から、土星最大の衛星タイタンの赤道領域に、大規模な砂嵐と思われるものが発生していたことが分かってきました。

砂嵐が観測されているのは太陽系内では地球と火星のみ。
なのでタイタンは、太陽系では3例目の天体になります。

タイタンと言えば、地形や一風変わった炭化水素の循環について知られていました。
そこに、砂嵐という新しい特徴が加わることになります。


メタンやエタンが循環する極寒の環境

太陽系内の衛星として唯一、豊富な大気を持つ天体がタイタンです。

さらに、地球以外で表面に安定的に液体が存在する唯一の天体でもあります。

ただ、タイタンの表面温度は摂氏マイナス180度ほどで、存在している液体は水ではなく、主にメタンとエタンなどの液体のガス。

タイタンでは炭化水素の分子が蒸発して雲の中で凝縮、雨となって地表に降り注いでいるんですねー

液体のメタンやエタンが地表に存在するタイタン（イメージ図）

赤道付近に現れる謎の光る点

タイタンの気象は、地球と同じように季節ごとに変化します。
1年は長く地球の約30年にあたり、季節は7年ごとに変化。

特に、約15年ごとに訪れるタイタンの春分や秋分の頃には、赤道付近で巨大な雲が形成され、激しいメタンの嵐が発生しています。

“カッシーニ”は、タイタンの北半球が春分を迎えていた2009年頃に赤道付近を赤外線で撮影。
すると、通常とは異なる3つの光る点が見つかります。

当初、この光る点はメタンの雲だと思われていました。

ただ、タイタンで雲が形成される仕組みから考えると、この時期にこの領域にメタンの雲が発生することは物理的に不可能なんですねー

そして、この模様を詳しく調べてみて、雲とは違うものだと分かってきます。

3つの明るい模様(矢印の先） 中断の画像が模様が最も明るいときのもので、 上下は胴領域をその前後の期日にとらえたもの。

正体は大気中に広がる個体粒子の薄い層

この明るい模様は最短で11時間、最長でも5週間ほどで消えてしまったので、表面で凍結したメタンの雨や、内部から表面に流れ出て凍った物資である可能性は無いようでした。

さらに、化学組成の面からも表面の特徴ではないことが示されます。

考えられるのは、この特徴は表面に近い大気中に広がる固体粒子の薄い層だということ。

模様の位置がタイタンの赤道付近に存在する砂丘の真上にあたるので、この模様は砂丘から巻き上げられた砂塵の雲だと考えられます。

この砂嵐は、地球の乾燥した地域で発生する大規模な砂嵐“ハブーブ”と同じもののようでした。
“ハブーブ”は、雨で冷えた空気が下降することで突風が発生し、その風によってチリが舞い上げられる現象です。

タイタンの赤道付近では、メタンの嵐が同じような突風を発生させている可能性があります。

強い風や大規模な砂嵐によって、タイタンの砂丘は常に変化し続けているのかもしれません。

タイタンの砂嵐（イメージ図）

液体のメタンが流れる川や、メタンの雨に浸食された地形、激しいメタンの嵐や大規模な砂嵐の発生…
とても活発な衛星タイタン、それでも太陽系の中で最も地球に似ている天体なんですねー


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ダークエネルギーの謎を解明できるか？ すばる望遠鏡“HSC”を使った精密宇宙論のはじまり

宇宙にある質量の大半を占めている暗黒物質“ダークマター”。

残念なことに、ダークマターは光では直接見ることができない物質です。
でも、ダークマターは質量を持っているので、その質量が生み出す重力によって光の経路を曲げることがあります。

なので、光が曲げられている箇所を調べていくと、重力源になったダークマターの3次元分布図を作ることができるんですねー

今回の研究では、すばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラ“HSC”を用いて、これまでで最も深く広いダークマターの3次元分布図を作成。

そして、この分布図から宇宙の構造の形成度合いを示す物理量が精密に測定されます。

さらに今回の研究成果からは、加速膨張を引き起こすダークエネルギーの謎にも迫ることができそうですよ。


銀河の形状から“重力レンズ”の影響が見えてくる

遠方銀河からの光は地球に届くまでの間に、途中にある銀河や銀河団に含まれる膨大な質量が生み出す重力によって、曲げられたり明るくなったりします
　　アインシュタインの相対性理論が予言する、
　　重力が光の経路を曲げる“重力レンズ”と呼ばれる現象。

この“重力レンズ”の度合いを調べると、レンズ源となった物質の3次元分布を復元することができます。
とくに、電磁波で直接観測ができないダークマターの分布を知ることができることが、大きな利点と言えるんですねー
　　ダークマターは、質量を持っているけど光学的に直接観測できないとされる仮設上の物質。

今回、東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究所のチームが行ったのは、満月約3000個分に相当する天域を観測して銀河の形状を測定すること。
すばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラ“HSC（ハイパー・シュプリーム・カム）”を使って、約1000万個の銀河が測定されました。

次に研究チームが行ったのは、作成した銀河の形状から“重力レンズ”を詳しく調べること。

そして作成されたのが、これまでで最も深く（過去の宇宙までさかのぼった)、広い天域をカバーした、過去に例がないほど高解像度のダークマターの3次元分布図でした。

ダークマターの分布図（青）。明るい領域ほどダークマターがより多く存在する。 年代別に測定することで異なる距離を調べることができ、3次元分布図が得られる。 白い部分は重力レンズ効果による、銀河の平均的な歪み方向。

“HSC”のデータにより標準的な宇宙モデルが分かってくる

“重力レンズ”の観測結果からは、宇宙の構造形成の進行度合いを表す物理量“S8”を測定することができます。

“S8”が大きい宇宙では、宇宙の構造がより進化し、より多くの銀河が存在することになります。

遠くの暗い銀河まで観測し、高解像度のダークマター地図を作成したことで、研究チームは高精度で“S8”の値を測定することに成功。
“重力レンズ”を用いた他のプロジェクトよりも遠い（過去の）宇宙の“S8”を得ることができました。

異なる年代の宇宙の観測から得られた宇宙の構造の進行度合い“S8”の測定結果。

この測定結果は、より近傍の宇宙にある銀河を用いたアメリカ中心の“DES”と、ヨーロッパ中心の“KiDS”の重力レンズ効果による測定結果とも一致することになります。

ただ、“重力レンズ”の観測から測定された“S8”は、ヨーロッパ宇宙機関の赤外線天文衛星“プランク”の観測から予想される値よりもわずかに小さいものなんですねー

この違いは、測定の統計的誤差による見かけ上のことなのでしょうか？
それとも、現在の標準的宇宙モデルに何か綻びがあるのでしょうか？

左は今回の“HSC”など重力レンズの観測が支持する宇宙モデルに基づくシミュレーション結果、 右は“プランク”の観測が支持する宇宙モデルに基づくシミュレーション結果。 “S8”がわずかに大きい“プランク”の支持する宇宙では、“HSC”の宇宙に比べより構造が進化している。

さらに、宇宙のエネルギーの大半を占めていると考えられていても正体不明の存在“ダークエネルギー”の謎も存在しています。

今回の“HSC”の結果は、全計画のたった約10％のデータを用いたものなので、今後得られる“HSC”データにより標準的な宇宙モデルへの理解がさらに深まれば謎が解明でき、ダークエネルギーの正体も解明できる可能性がありそうです。

今回の研究成果は、これらの謎の解明に向けた“HSC”による精密宇宙論の最初の第一歩といえますね。


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中緯度領域の2.5倍も赤道領域の自転が速かった！ 太陽のような恒星の自転周期を調べてみて分かったこと

質量や年齢が太陽と似た恒星の観測から、これらの星の自転速度は太陽と同様に、緯度の高いところよりも赤道の方が速いことが明らかになりました

ただ、太陽とは異なり、赤道付近の速度は中緯度に比べて2.5倍も大きいようです。


太陽の自転周期は緯度によって異なっている

太陽の自転周期は、赤道付近では約25日なんですが緯度が高くなるにつれて長くなり、極付近では約30日にもなります。

つまり、赤道付近の自転速度は緯度の高いところよりも速いということになるんですねー

これは太陽が液体（気体）で構成されているから起こる現象で、このように緯度によって速度が異なる回転を差動回転（微分回転）と呼びます。

もちろん、太陽と似たような恒星も同じように差動回転しているはずなんですが、これまで分かっていたのは赤道付近が高緯度部分よりも速いということ、詳細は不明なままでした。


星の内部を伝わる音波を利用して星の構造を調べる

今回の研究で用いられたのは、星の内部を伝わる音波から星の構造を調べる“星震学”の手法でした。

アメリカ・ニューヨーク大学アブダビ校宇宙科学センターの研究チームが、NASAの系外惑星探査衛星“ケプラー”の観測データから、質量と年齢が太陽に似た13個の恒星の自転を正確に測定。

その結果、これらの恒星の赤道領域が中緯度領域の約2.5倍の速さで回転していることが初めて明らかになります。

赤道領域が速いという点では太陽と同じなんですが、太陽の場合には赤道の自転は1割ほど速いだけです。
この点で観測された星とは大きな違いがありました。

これまで数値シミュレーションで考えられていたのは、こうした恒星がこれほど大きな差動回転を維持することはできないということ。
そう、この結果は予想外のもので、理論の正当性が問われることになります。

緯度によって自転速度が異なる。青い矢印が長いほど速くなる。

恒星の自転を理解すれば太陽嵐のことも分かってくる

太陽の自転は、太陽の磁場を発生させるうえで決定的な役割を果たしていると考えられていて、熱心に観測や研究が行われてきました。

でも、その詳細はまだはっきりと分かっていないんですねー

太陽の磁場は大規模な太陽嵐を引き起こすことが知られています。

太陽嵐は、しばしば人工衛星に障害を発生させたり、地球の送電線にダメージを与えたりすることがあるので、磁場発生の仕組みを理解することは、私たちの生活においても極めて重要なことといえます。

恒星の自転と地場の生成についての理解が進めば、磁場を生み出す物理的なプロセス“太陽のダイナモ機構”に関する情報を得るうえで、大いに役立つようですよ。


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天の川銀河の過去に何が起こっていたのか？ 痕跡は円盤部に存在する数百万個の星の動きに残っていた

天文衛星“ガイア”の観測データから、天の川銀河の円盤部に存在する数百万個の星の動きに特徴的なパターンが見つかったんですねー

この特徴的なパターンは何を意味するのでしょうか？

どうやら、数億年前に起こった他の銀河との接近遭遇が影響しているようです。


10億以上の星の正確な位置と動きから分かること

2013年12月に打ち上げられたヨーロッパ宇宙機関の位置天文衛星“ガイア”は、2014年7月から天の川銀河の恒星を観測し続けています。

すでに、10億個以上の星の正確な位置と天球上での（2次元的な）動きを測定していて、そのうち数百万個の星については、3次元的な速度も推定されています。

今回、このデータを用いてスペイン・バルセロナ大学の研究チームが、天の川銀河の星の位置と速度の関係を調査します。

すると、銀河の円盤部に存在する星々が、予想外の興味深い動きをしていることが明らかになることに…

そこで研究チームは円盤からの上下方向の距離と、その方向への速度をグラフにプロットします。
そして現れたのが、これまで見たことがない、カタツムリの殻のようなパターンでした。

あまりにはっきりとした形だったので、当初研究チームが考えたのはデータに問題があること。
ただ、どんなにチェックしても、そのパターンが実際に存在しているという結果にしかならないんですねー

これは、“ガイア”のデータの精度がこれまでのものに比べて格段に高かったため、初めて見えてきたパターンでした。

考えられるのは、このパターンが何らかの外的な要因によって作り出されたということでした。


“ガイア”の観測データから分かる天の川銀河の歴史

外的な要因による痕跡を星の空間分布から見つけ出すのは難しいのかもしれません。
でも、星の速度に痕跡が残されていたんですねー

かく乱される天の川銀河（イメージ図）

その要因を生み出したと考えられるのが“いて座矮小楕円銀河”です。

“いて座矮小楕円銀河”は数千万個ほどの星でできた小さな銀河で、現在の天の川銀河に飲み込まれつつあります。

この銀河が数億年前に天の川銀河に接近。
その際、“いて座矮小楕円銀河”が天の川銀河の星に重力的な影響を及ぼしたと考えられます。

この接近時期は、研究チームによるシミュレーションで導かれたグラフのパターンが作られ始めるタイミングとほぼ一致。
“いて座矮小楕円銀河”が要因であるという説を裏付けることになります。

“ガイア”が2014年から2015年にかけて取得したデータから作成された星の分布図。 中央楕円のところにあるのが“いて座矮小楕円銀河”。

ただ、“いて座矮小楕円銀河”とパターンとの関連は、今のところ単純なコンピュータモデルと分析に基づくものにすぎません。

次のステップは現象を精査して、天の川銀河についてより完全な知識を得ることになります。

簡単に発見できたパターンでしたが、その解釈は困難な状態といえます。
パターンが意味するところや示唆するものを完全に理解するには、数年かかるかもしれないそうです。

“ガイア”の主目的は天の川銀河の構造や進化、その起源を調べることで、今回の発見は今年の4月にリリースされた第2期データによるものです。

天の川銀河には様々な歴史があり、私たちはその物語を“ガイア”の観測データから読み解き始めたところなんでしょうね。


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やっぱり第9惑星の存在を示している？ すばる望遠鏡が太陽系の外縁部で発見したのは偏った軌道を持つ天体

太陽の周りを1周するのに3万年以上もかかる氷の天体が、太陽系の外縁部で発見されました。

この天体の名前は“2015 TG387”といい愛称は“ゴブリン”。
彗星を除くと、これまで知られていた太陽系の天体としては、太陽から最も遠くまで旅をする天体になるんですねー

最後に太陽に最も接近したときには、地球ではマンモスやホラアナグマがユーラシア大陸の草原を歩き、人類は石から道具を作っていたそうです。

さらに、コンピュータシミュレーションからは“2015 TG387”の軌道が極端に偏っていることも分かってきます。
その軌道の偏りは、他の一部の太陽系外縁天体と同様に、未知の第9惑星の存在を示している可能性があるそうですよ。

まだ存在が確認されていない第9惑星（イメージ図）。 新たに発見された“2015 TG387”を含む小さな天体の軌道に影響を与えているのかも…

3万年以上をかけて太陽を一周する小天体

アメリカ・カーネギー研究所の研究チームが、すばる望遠鏡による観測から太陽系の外縁部に天体“2015 TG387”を発見しました。

“2015 TG387”の直径はおよそ290キロ、球状の小天体と見られています。

すばる望遠鏡が2015年10月13日に撮影した新天体“2015 TG387”の発見画像。 3時間ごとに撮影された画像から“2015 TG387”の動きが見て取れる。 公転周期が長く、とてもゆっくりとしか移動しないので、 他の望遠鏡で追観測して軌道を精度良く決めるのに数年が費やされている。

現在は北の空のうお座近くに位置し、太陽からの距離は約80天文単位あります。
　　1天文単位は太陽から地球までの距離、太陽から冥王星までの2倍の距離。

太陽に向って移動中で、軌道上で最も太陽に近づく位置“近日点”の距離は65天文単位、海王星の2倍以上も遠くになるそうです。

発見されている天体の中では近日点距離約80天文単位の“2012 VP113”と、近日点距離約76天文単位の“セドナ”に次いで3番目に太陽から遠い天体になります。

最も遠ざかると太陽からの距離は2300天文単位。
この距離は“2012 VP113”や“セドナ”よりもはるかに遠く、公転周期は3万年以上になるんですねー

“2015 TG387”の軌道を“2012 VP113”及び“セドナ”の軌道と比較した図。 右端の明るい点が太陽。彗星を除くと、これまで知られていた太陽系の天体としては、 太陽から最も遠くまで離れる。

やっぱり極端な軌道の偏りには未知の第9惑星が関わっている？

太陽系外縁部の天体は、長い公転周期のうち太陽に近づくほんの少しの間しか地球から見ることができません。

なので、太陽系内部の海王星や木星などの巨大惑星の重力をあまり受けない“2015 TG387”や“2012 VP113”、“セドナ”などの天体は、太陽系の彼方にどんな天体がどれだけあるかを知る手がかりになります。

これらの3天体の近日点はすべて似た方向に集まっていて、未知の第9惑星がこれらの天体を似た軌道に押しやったということが示唆されてきました。

このことを検証するため研究チームはコンピュータシミュレーションを実施。
仮想の未知の第9惑星が“2015 TG387”の軌道にどのような影響を及ぼすかを調べたんですねー

すると、未知の第9惑星が他の太陽系外縁天体と同様に“2015 TG387”の軌道にも影響を及ぼすことが分かります。

今回の研究結果は第9惑星の存在を証明するものではありません。
でも、太陽系の外縁部には何か大きな天体が存在する　っということを示唆するものになります。

“2015 TG387”などの遠く離れた小さな天体が見つかるたびに、第9惑星の発見が近づいているのかもしれません。

太陽系外縁部の理解を進めていけば 、まだ見ぬ第9惑星の姿が浮かび上がってくると信じたいですね。


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