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過去最大級の彗星発見 直径はハレー彗星の14倍

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ナショナルジオグラフィック日本版

太陽から43億キロ以上、太陽から地球までの距離の約29倍も離れた宇宙空間で、1つの物体が太陽に向かって猛スピードで突進しながら、わずかに届く太陽光をきらりと反射した。その物体は氷に似ていて、想像を絶するほど古く、巨大だった。

約4時間後の2014年10月20日未明、チリのアタカマ砂漠の望遠鏡が夜空に目を向け、南天の広い範囲の写真を撮影し、このかすかな反射光をとらえた。

奇妙な光の点が、太陽系の歴史を残す「始原的な」巨大彗星であること、そしておそらく現代の望遠鏡で観察できたものとしては最も大きい彗星であることに科学者が気づくまでには、それから7年近い年月を要した。この発見は21年6月に報告され、彗星は「バーナーディネリ・バーンスタイン彗星」と命名された。さらに研究者たちは、この彗星に関する知見を論文にまとめ、21年9月23日付で天体物理学の専門誌「Astrophysical Journal Letters」に投稿した。

彗星の発見を発表したときは「電話が鳴りやみませんでした」と、発見者の1人である米ワシントン大学の博士研究員であるペドロ・バーナーディネリ氏は語る。「私たちの発見に対して科学コミュニティーがここまで反応してくれるとは予想していませでした」。彼は、ペンシルベニア大学での博士課程があと数週間で終わるという時期に、当時、指導教官であったゲイリー・バーンスタイン氏と共同でこの彗星を発見した。

2031年に最接近

最新の推定によると、彗星の核の直径は約150キロ。過去数十年間に大きさが推定された彗星の中では最大である。ちなみに、欧州宇宙機関(ESA)の彗星探査機ロゼッタが14年から16年にかけて周回した67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の直径はわずか4キロだった。

「彗星には、都市ほどの大きさのものから島ほどの大きさのものまであります」と、今回の研究に関与していないニュージーランド、カンタベリー大学の天文学者ミシェル・バニスター氏は説明する。バーナーディネリ・バーンスタイン彗星の大きさは、1729年に記録された非常に明るい(そしておそらく巨大な)彗星に匹敵するかもしれない。

バーナーディネリ・バーンスタイン彗星は、今後10年かけて内部太陽系に接近しながら明るさを増していく。近日点を通過するのは31年1月21日で、太陽から約16億キロの距離(太陽と土星の平均距離よりもやや遠い距離)まで接近すると予想されている。その後、太陽系外縁部に向かって遠ざかりはじめ、少なくとも40年代まで観測可能だろうという。

彗星の氷が太陽の光を受けて蒸発すると、ガスが放出されて核の周りにコマができる。今回の彗星は、ガスの量次第では土星の最大の衛星「タイタン」と同じくらいの明るさになる可能性がある。天体望遠鏡を持っていれば、31年には彗星を観測できるはずだ。

バーナーディネリ・バーンスタイン彗星はいわゆる「オールトの雲」からやってきた「長周期彗星」である。天文学者の計算によると、この彗星が太陽の周りを1周するには何百万年もかかるという。オールトの雲は、太陽系の外側を取り巻いていると考えられている天体群で、そこからやってきた長周期彗星はまだ3つしか発見されていない。

この彗星は、太陽から43億キロという記録的に遠い位置で発見された点でも異例で、これだけ早い時期に発見されたおかげで、今後、多くの天文学者がこの彗星の謎を解明する機会を得ることになる。

極端な軌道の彗星、こうして見つけた

バーナーディネリ・バーンスタイン彗星の発見に大きく貢献したのは、チリのアタカマ砂漠にあるセロトロロ汎米天文台のブランコ望遠鏡に取り付けられた高感度デジタルカメラだった。

このカメラは彗星を探していたわけではない。宇宙の膨張を加速させる謎の力であるダークエネルギーの解明をめざす「ダークエネルギー・サーベイ」プロジェクトのために、13年から19年にかけて、南天の夜空の広い範囲を8万回も露光してデータを収集していたのだ。カメラが撮影した画像はダークエネルギー研究を一変させたが、未知の天体発見にも役に立ちそうだった。

バーナーディネリ氏は、ダークエネルギー・サーベイの画像を使って、海王星よりも遠い軌道を公転している未知の太陽系天体を見つけることを博士号研究の目標とした。しかし彼は、そこで難しい問題に直面した。個々の画像が大きすぎて、1枚の画像をフル解像度で表示しようとしたら275台もの高精細度テレビが必要になってしまうのだ。そこで彼は、数万枚の画像の中から数画素の大きさの光の点を探すことにした。

バーナーディネリ氏は、ダークエネルギー・サーベイの画像を検索して、遠方の星を背景にして移動する点を探し出すコンピューター・プログラムを開発。米フェルミ国立加速器研究所の約200台のコンピューターを使って半年がかりで膨大な量の計算を行い、既知の太陽系天体と軌道が一致しない新天体を817個リストアップした。バーナーディネリ氏とバーンスタイン氏はさらに、このリストを手作業でチェックし、プログラムが正しく機能していることを確認した。

彼らはそのとき、太陽から何兆キロも離れた場所で生まれたことを意味する極端な軌道をもつ、長周期彗星のような天体に気づいた。「干し草の山の中から1本の針を見つけ出すような難題でした」とバーンスタイン氏は言う。「けれども私たちはこの難題を解決し、うれしい成果を手にしたのです」

世界中が彗星に望遠鏡を向けた

太陽系の彗星や小惑星などの小天体の軌道に関する発見は米国にある小惑星センターで管理されている。バーナーディネリ氏とバーンスタイン氏は、この彗星のデータを小惑星センターに提出した。21年6月19日、同センターはこれが新発見の天体であることを確認し、その5日後には彗星であることも確認して、2人の名前をとって「バーナーディネリ・バーンスタイン彗星」と命名した。

彗星発見のニュースはすぐに広まり、数日後には、世界中の天文学者が望遠鏡を彗星に向けたり、この彗星の画像がほかにないかどうかアーカイブを探したりしはじめた。まもなく、古くは10年のデータにもこの彗星が隠れていたことが明らかになり、より高い精度で軌道を推定できるようになった。

また、発表から24時間もしないうちに、この彗星がまだ太陽から30億キロ以上離れているにもかかわらず、大量の塵(ちり)やガスを放出していてコマ(または尾)が見えていることを、複数の研究チームが確認した。

彗星は、太陽に接近して、凍りついていた化合物がその熱で昇華して気体になるまではあまり物質を放出しない。しかし、バーナーディネリ・バーンスタイン彗星は、海王星の軌道よりも遠い極寒の宇宙空間でも昇華しはじめる揮発性物質を豊富に含んでいるようだ。このことは、彗星が過去に内部太陽系であまり高温にさらされていなかったことを示している。つまりこの彗星は、非常に魅力的な、始原的な天体なのだ。

バーナーディネリ氏とバーンスタイン氏は、ダークエネルギー・サーベイのデータをさかのぼって彗星の画像を探し、尾を特定しようとした。その結果、データの中に隠れていた非常に微弱な信号を発見し、彗星が太陽から40億キロも離れた場所(太陽から天王星までの平均距離より約40%も遠い場所)でガスを放出しはじめたことがわかった。

バーナーディネリ氏のチームは、彗星のコマが時間の経過とともにどのように変化してきたか、太陽に近づくにつれてどのくらい明るくなってきたかを追跡することで、彗星で起きている化学反応のモデルづくりに着手することができた。太陽からこれだけ離れていれば太陽光は非常に弱いはずで、彗星から放出されているガスは二酸化炭素か窒素であると考えられた。

「これは非常にすばらしいことです。これほど遠くからの観測で、彗星の組成についてかなり確実な推論をすることができたのですから」と、オーストラリア、ニューサウスウェールズ大学の惑星科学者ベン・モンテ氏は語る。

探査も期待される明るい未来

科学者たちはすでに、探査機でバーナーディネリ・バーンスタイン彗星を訪れるためには何が必要か検討しはじめている。今のところ正式なミッションは計画されていないが、世界の宇宙機関が迅速に動いて29年までに探査機を打ち上げられれば、33年に彗星を調べることができるはずだ。

研究者たちは、この彗星が太陽によってどのくらい変化したかを知るために、太陽系の中をどのように動いてきたかも調べている。バーナーディネリ氏とバーンスタイン氏のチームの計算によると、彗星は31年に少なくとも300万年ぶりに太陽に最接近するという。

ただし、彗星の過去をこれ以上深く探ることは非常に難しい。オールトの雲から来る彗星の軌道は、太陽系の近くを通過する恒星によって乱されやすい。数年前の研究によると、今から約280万年前に、太陽に似た「HD 7977」という恒星が太陽系の近くを通過したことが明らかになっている。しかし、この恒星がどこを通過したのかはわからない。

この不確かさは、オールトの雲から来る彗星に恒星の重力が及ぼす影響はよくわからないことを意味しており、バーナーディネリ・バーンスタイン彗星が前回太陽系の内側に飛び込んできた時期や、太陽に再接近したときの距離の評価にもかかわってくる可能性がある。

彗星が近づくにつれて、その大きさの推定値も変わってくるかもしれない。150キロという推定値は、現時点での彗星の明るさと、彗星が放出する塵やガスに関するモデルに基づいている。しかし、この方法で彗星の大きさを正確に見積もるのは容易ではない。彗星が放出するガスのモデルが不完全だと、核が実際よりも大きく見えてしまうからだ。

米サウスウエスト研究所の研究者で彗星力学の専門家であるルーク・ドーンズ氏は、「彼らは非常に良い仕事をしましたが、おそらく、この天体は彼らの推定よりかなり小さいことが判明すると思います」と語る。

一方で、バーナーディネリ・バーンスタイン彗星は、世界中の天文学者にめったにない贈り物をしてくれる。それは時間だ。現在チリに建設中で、23年の稼働を予定しているベラ・C・ルービン天文台は、少なくとも10年間はこの彗星を追跡することができる。最新の望遠鏡は、太陽系に対する私たちの見方を一変させ、同じような彗星をさらに発見させてくれるだろう。

彗星が私たちの方に向かってくる間、世界中の科学者や一般市民は、望遠鏡を夜空に向けて、めずらしい訪問者の姿を見ることができる。それは、淡く広がる尾をひいた、巨大な氷の塊である。「すばらしい眺めだと思いますよ」とモンテ氏は言う。

(文 MICHAEL GRESHKO、訳 三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック社)

[ナショナル ジオグラフィック 日本版サイト 2021年10月06日付]

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