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恒星間天体「ボリソフ彗星」

Posted by moonrainbow on 17.2021 彗星   0 comments   0 trackback
恒星間天体「ボリソフ彗星」に関する新たな研究成果、太陽系に似た環境で誕生した可能性

2019年10月12日に撮影した「ボリソフ彗星」
【▲「ハッブル」宇宙望遠鏡が2019年10月12日に撮影した「ボリソフ彗星」(Credit: NASA, ESA, D. Jewitt (UCLA))】

2019年8月にウクライナのGennady Borisov氏が発見し、同年12月に太陽へ再接近した「ボリソフ彗星(2I/Borisov)」は、その軌道から、太陽系の外で誕生した後に飛来した恒星間天体だと考えられています。史上初めて見つかった恒星間天体は2017年10月に発見された「オウムアムア(’Oumuamua)」ですが、その名が示すようにボリソフ彗星は彗星としての活動を示したことから、観測史上初の恒星間彗星としても知られています

エディンバラ大学のCyrielle Opitom氏をはじめ、リエージュ大学や京都産業大学などの研究者らによる国際研究グループは、ヨーロッパ南天天文台(ESO)のパラナル天文台にある「超大型望遠鏡(VLT)」の観測装置「UVES(Ultraviolet-Visual Echelle Spectrograph)」を用いて、ボリソフ彗星に対する高解像度の分光観測を2019年11月から2020年3月にかけて実施。その結果をもとに、ボリソフ彗星の組成に関する新たな研究成果を発表しました

■太陽に似た成分を持つ恒星周辺の冷たい環境で形成された可能性

分光観測とは天体のスペクトル(波長ごとの電磁波の強さ)を捉える観測手法のことで、天体に存在する原子や分子が電磁波に残した痕跡(輝線や吸収線)を検出できるため、分光観測を行うことでボリソフ彗星を構成する物質やその割合に関する情報が得られます。観測の結果、ボリソフ彗星は太陽系の彗星と同じように水分子(H2O)を主成分とする氷でできていることが判明しました。

また、研究グループはボリソフ彗星に存在する鉄(Fe)とニッケル(Ni)の成分比と、量子力学的な性質が異なる2種類のアンモニア分子(NH3)の比率(原子核スピン異性体の存在比)を測定することに世界で初めて成功したといい、このデータからも、ボリソフ彗星が太陽系の彗星と同様な環境で形成された天体であることが考えられるとしています。いっぽう、酸素のスペクトルに関するデータ(酸素禁制線の強度比)は、ボリソフ彗星に一酸化炭素(CO)が豊富に存在することを示しているといいます。一酸化炭素は揮発性が高い物質であるため、ボリソフ彗星が形成されたのは恒星から遠く離れた摂氏マイナス250度以下の冷たい環境だったことが考えられるといいます。

研究グループはこれらの観測結果もとに、ボリソフ彗星は太陽に似た成分を持つ恒星を取り囲んでいた原始惑星系円盤のうち、温度が低い外縁部で誕生した可能性を指摘しています。なお、ボリソフ彗星が太陽系と同じような環境で形成されたとする研究成果は過去にも発表されており、アーマー天文台のStefano Bagnulo氏らは「ヘール・ボップ彗星」との比較をもとに、ボリソフ彗星が初期の太陽系と比べてそれほど組成が違わない環境で形成された彗星だったと考えています。

こうした成果を得るための観測は困難を伴うものだったようです。研究グループによると、通常の彗星の観測では1秒あたり数トンの水が気体(水蒸気)として放出されるような、彗星が十分に明るくなった状況で行われるものの、ボリソフ彗星は2019年12月末の時点で1秒あたり約7キログラムしか水を放出しておらず、必要なデータを得るために暗いボリソフ彗星の観測を何度も行ったといいます。

彗星としての活動がみられたボリソフ彗星は、太陽系外で形成された天体を構成する物質に関するより詳しい情報が得られる可能性があるとして、早くから注目されていました。今後は米国科学財団(NSF)が建設したヴェラ・ルービン天文台(チリ)の「シモニー・サーベイ望遠鏡」(2023年に本格観測開始予定)などによってより多くの恒星間天体が見つかると期待されており、地上や宇宙の望遠鏡による観測だけでなく、欧州宇宙機関(ESA)が2029年の打ち上げを目指す待ち伏せ型の探査機「Comet Interceptor(コメット・インターセプター)」による恒星間天体のフライバイ探査が実現する可能性もあります。

研究を率いたOpitom氏は「他の恒星の周りで形成された彗星の氷を初めて探査し、それが太陽系の彗星の氷とよく似ていたことを確かめる機会が得られたのは、とてもエキサイティングなことです」とコメント。アンモニア分子の測定で貢献した京都産業大学・神山(こうやま)天文台の新中善晴氏は「今回、太陽系の外から来た彗星の内部の物質の一部が太陽系の彗星と似た特徴を持つことがわかりました。今後、他の恒星間彗星を観測し、太陽系以外の星がどのような環境で作られるのかを明らかにしたいと思います」とコメントしています


「ボリソフ彗星」を描いた想像図
【▲「ボリソフ彗星」を描いた想像図(Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)】

Image Credit: NASA, ESA, D. Jewitt (UCLA)

2021-07-05
Soraeより

「バーナーディネリ・バーンスティン彗星」(C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein))

Posted by moonrainbow on 06.2021 彗星   0 comments   0 trackback
推定直径100~200kmの巨大な彗星が見つかる、2031年に太陽へ最接近

バーナーディネリ・バーンスティン彗星
【▲「バーナーディネリ・バーンスティン彗星」(画像左)を描いた想像図(Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva)】

長い尾が印象的な「彗星」の正体は、氷と塵でできた比較的小さな天体です。細長い楕円形の軌道を描くことが多い彗星は、太陽に近付くにつれて彗星の本体である核(彗星核)の氷が昇華してガスや塵が放出され、彗星核を取り巻くコマや尾が形成されるようになります

彗星核のサイズは数百m~数十km程度のものが多く、たとえば有名な「ハレー彗星」の彗星核は最大約15km、「ヘール・ボップ彗星」は約50~60km、欧州宇宙機関(ESA)の彗星探査機「ロゼッタ」が間近で観測を行った「チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星」は最大4.1kmとされています。しかし今、彗星核のサイズがハレー彗星のおよそ10倍、ヘール・ボップ彗星と比べても2倍以上の直径100~200kmと大きく、一般的な彗星と比べて1000倍も重いと推定されている巨大な彗星が、太陽に近付きつつあります

■オールトの雲からやってきたとみられる巨大な彗星が接近中

「バーナーディネリ・バーンスティン彗星」(C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein))と呼ばれるこの彗星は、チリのセロ・トロロ汎米天文台にあるブランコ4m望遠鏡に設置されている「ダークエネルギーカメラ(DECam)」の観測データから見つかりました。彗星の名前は観測データを分析したペンシルベニア大学のPedro Bernardinelli氏とGary Bernstein氏に由来します。

その名が示すように「ダークエネルギー」(暗黒エネルギー)を研究するために作られたダークエネルギーカメラは、夜空の広い範囲に存在する3億個の銀河を2013年から2019年にかけて観測しました。ダークエネルギーカメラはこの観測中に視野を通過した彗星や太陽系外縁天体も捉えており、バーナーディネリ・バーンスティン彗星も32回検出されていたといいます。ダークエネルギーカメラによる観測では彗星としての活動は捉えられていなかったものの、ラス・クンブレス天文台グローバル望遠鏡ネットワークを利用した最新の観測によってコマが形成されていることが明らかになり、正式に彗星と認められました


ダークエネルギーカメラが撮影したバーナーディネリ・バーンスティン彗星
【▲ 2017年10月にダークエネルギーカメラが撮影したバーナーディネリ・バーンスティン彗星(円で囲まれた天体)(Credit: Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Bernardinelli & G. Bernstein (UPenn)/DESI Legacy Imaging Surveys, Acknowledgments: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF’s NOIRLab), M. Zamani (NSF’s NOIRLab) & J. Miller (NSF’s NOIRLab))】

彗星核の大きさもさることながら、バーナーディネリ・バーンスティン彗星はその起源も注目されています。米国科学財団(NSF)の国立光学・赤外天文学研究所(NOIRLab)によると、この彗星は太陽から約4万天文単位(地球から太陽までの距離の約4万倍)離れたところから太陽系の中心に向けた移動を始めたといいます。4万天文単位は約6兆km、もしくは約0.6光年に相当します。

このことから、バーナーディネリ・バーンスティン彗星は太陽系の最外縁部に存在する「オールトの雲」からやってきたと考えられています。オールトの雲とは、太陽からの距離が1000天文単位から最大で10万天文単位(およそ1.5光年)の範囲にまで小さな天体が分布していると予想される領域で、これらの小天体は太陽系の形成初期に重力を介した惑星との相互作用によって散乱させられたものだと考えられています。公転周期が200年以上ある長周期彗星の起源とみられることから、オールトの雲は「彗星のふるさと」と呼ばれることもあります


オールトの雲のイメージ図
【▲ オールトの雲のイメージ図。海王星の軌道よりもずっと遠くまで広がっていると考えられている(Credit: 国立天文台)】

NOIRLabによると、ダークエネルギーカメラによって最初に捉えられた2014年の時点では、バーナーディネリ・バーンスティン彗星は太陽から約29天文単位(太陽から海王星までの距離に近い)離れていたといいます。2021年6月の時点では太陽から約20天文単位(おおよそ太陽から天王星までの距離)まで近づいており、10年後の2031年1月に太陽へ最も接近すると予測されています。ただし、最接近時でも太陽からの距離は約11天文単位離れている(太陽から土星までの距離よりもやや遠い)ため、最大でどの程度明るくなるのかはまだわからないものの、一般の人間が観測するにも相応の機材が必要になりそうです。

なお、米国科学財団ではチリのヴェラ・ルービン天文台に建設した「シモニー・サーベイ望遠鏡」による本格観測を2023年から開始する予定です。Bernardinelli氏はヴェラ・ルービン天文台によるバーナーディネリ・バーンスティン彗星の観測が継続的に行われるとした上で、同天文台の観測によってオールトの雲から飛来する天体が数多く見つかることになるだろうと期待を寄せています


Image Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

2021-06-30
Soraeより

ボリソフ彗星

Posted by moonrainbow on 12.2021 彗星   0 comments   0 trackback
ボリソフ彗星は太陽以外の恒星に接近したことがなかった?

「ボリソフ彗星
ヨーロッパ南天天文台「超大型望遠鏡(VLT)」の観測装置「FORS2」によって観測された「ボリソフ彗星」。時速約17万5000kmで移動するボリソフ彗星を追跡しつつ複数のフィルターを切り替えながら観測したため、背景の星々はカラフルな点線として写っている(Credit: ESO/O. Hainaut)

2019年8月にアマチュア天文家のGennady Borisov氏が発見した「ボリソフ彗星(2I/Borisov)」は、観測史上2例目の恒星間天体であるとともに初の恒星間彗星でもあります。アーマー天文台のStefano Bagnulo氏らの研究グループは、ボリソフ彗星がこれまで恒星に接近したことがない手つかずの彗星だった可能性が高いとする研究成果を発表しました

■2019年に太陽へ接近するまで恒星に近づいたことがなかった可能性

氷と塵でできている彗星の核(彗星核)が太陽に近づくと氷が昇華してガスや塵が放出され、核の周辺にコマや特徴的な尾を形成します。核から放出されたガスなどを観測することで、彗星を構成する物質を調べることが可能です。

2017年に発見された観測史上初の恒星間天体「オウムアムア(’Oumuamua)」では彗星のような活動が観測されませんでしたが、ボリソフ彗星は早い段階で尾が見え始めており、太陽系外で形成された天体を構成する物質についての知識が得られることが期待されていました。

Bagnulo氏らはヨーロッパ南天天文台(ESO)のパラナル天文台にある「超大型望遠鏡(VLT)」の観測装置「FORS2」を使ってボリソフ彗星の偏光(※)観測を行い、太陽系の彗星から得られた偏光観測のデータと比較しました。その結果、ボリソフ彗星の偏光特性は太陽系の大半の彗星とは異なることが判明したとされています。

唯一の例外とされているのは、1997年4月に太陽へ最接近した「ヘール・ボップ彗星」でした。研究グループによると、過去に1回だけ太陽に接近したことがある(紀元前2250年頃)とみられているヘール・ボップ彗星は太陽放射や太陽風の影響をあまり受けておらず、初期の太陽系で形成された当初に近い、ほとんど手つかずの組成を持つ彗星だと考えられています。

研究グループは、ボリソフ彗星はヘール・ボップ彗星よりもさらに原始的だと結論付けており、真に手つかずの彗星が初めて観測された可能性にも言及しています。また、ボリソフ彗星とヘール・ボップ彗星がとても似ていることから、ボリソフ彗星は初期の太陽系と比べてそれほど組成が違わない環境で形成されたことが考えられるといいます。

Bagnulo氏は欧州宇宙機関(ESA)が2029年の打ち上げを目指す待ち伏せ型の彗星探査機「Comet Interceptor(コメット・インターセプター)」に言及し、恒星間彗星を詳細に研究する機会が訪れることに期待を寄せています。

※…波としての性質を持つ光(電磁波)は進行方向に対して垂直に振動しています。太陽光など自然光の振動はランダムですが、この振動が偏った状態になることがあり、そのような光は「偏光」と呼ばれます。身近なところでは反射光を軽減する「偏光サングラス」などで偏光の性質が利用されています


ボリソフ彗星を描いた想像
ボリソフ彗星を描いた想像図(Credit: ESO/M. Kormesser)

Image Credit: ESO/O. Hainaut

2021-03-31
Soraeより

彗星が地球型惑星の炭素の供給源

Posted by moonrainbow on 22.2021 彗星   0 comments   0 trackback
彗星は地球型惑星の炭素の供給源かもしれない

塵とガスの尾を伸ばしている想像図
カタリナ彗星の想像図
オールトの雲からの彗星が太陽系の内側を通過し、塵とガスの尾を伸ばしている想像図(提供:NASA/SOFIA/Lynette Cook)

NASAの航空機望遠鏡「SOFIA」による赤外線観測から、2016年初めに地球に接近したカタリナ彗星は炭素が豊富なことがわかった。彗星が地球型惑星の炭素の供給源である可能性を示す結果である

太陽系の最外縁部であるオールトの雲からやってくる長周期彗星は長い間凍結状態にあり、熱の影響をほとんど受けていないことから、太陽系初期について知る機会を与えてくれる。NASAの航空機望遠鏡「SOFIA」の観測によると、地球など太陽系の内側の惑星に彗星が炭素を供給した可能性があるという。

2013年10月に発見され、2015年末から2016年にかけて太陽に接近し6等級まで明るくなったカタリナ彗星(C/2013 US10)も、そのような長周期彗星の一つだ。SOFIAがカタリナ彗星を赤外線で観測し、彗星の核から伸びる尾に含まれるダストとガスの組成を調べたところ、カタリナ彗星に豊富に炭素が含まれていることが示された


地球をはじめとする太陽系の岩石惑星は太陽系形成初期には非常に高温であったため、炭素などの元素は失われたり枯渇したりしてしまったと考えられる。また、太陽系の外側にある炭素については、木星の重力により太陽系の内側に入ってくることが阻害されていた可能性がある。このような状況において地球に炭素をもたらしてくれたのが、カタリナ彗星などの長周期彗星だったのかもしれない。

「炭素は生命の起源を知るための鍵です。地球が形成中に十分な炭素を閉じ込めることができたかどうかは、まだわかっておらず、彗星が炭素の重要な供給源であった可能性も考えられます」(米・ミネソタ大学 Charles Woodwardさん)


2021年3月15日
AstroArtsより

ネオワイズ彗星のクローズアップ撮影

Posted by moonrainbow on 30.2020 彗星   0 comments   0 trackback
ハッブル宇宙望遠鏡がネオワイズ彗星をクローズアップ撮影

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影したネオワイズ彗星
ハッブル宇宙望遠鏡が撮影したネオワイズ彗星(C/2020 F3)のコマ(Credit: NASA, ESA, Q. Zhang (California Institute of Technology), A. Pagan (STScI))

2020年3月27日にNASAの赤外線天文衛星「NEOWISE」によって発見された「ネオワイズ彗星(C/2020 F3)」。1997年春に地球へ接近した「ヘール・ボップ彗星(C/1995 O1)」以来、北半球から観測できる彗星としては最も明るくなったというネオワイズ彗星を「ハッブル」宇宙望遠鏡が8月8日にクローズアップ撮影しました。直径4.8km以下とみられるネオワイズ彗星の核そのものは小さすぎて写っていませんが、画像には彗星の核から噴出したガスと塵でできた「コマ」と呼ばれる核を取り巻く大きな領域の一部(幅およそ1万8000kmの範囲)が捉えられています

■今日の天体画像:ネオワイズ彗星(C/2020 F3)のコマ

画像を見ると、中心付近から左右に向かってガスや塵が扇形に広がっていることがわかります。これは彗星核の表面下にある氷が太陽に温められて昇華し、ジェットとなって噴出した結果形成された構造で、核が自転するにつれてより幅広い形に変化するといいます。今回の発表では3時間間隔で撮影された2枚の画像を連続表示した以下の動画も公開されており、自転にあわせて変化する様子が捉えられています

The Jets of Comet NEOWISE



発表によると、太陽に再接近した後のこのように明るい彗星を、ハッブル宇宙望遠鏡がこれほどの高解像度で撮影したのは今回が初めてのことだといいます。過去の彗星でも撮影が試みられたものの、たとえば今年の5月に肉眼でも観測できることが期待された「アトラス彗星(C/2019 Y4)」は、太陽に再接近する前の4月の時点で彗星核が崩壊してしまいました。

いっぽう、ハッブル宇宙望遠鏡の観測データからは、ネオワイズ彗星の核は7月3日の太陽最接近を崩壊や断片化することなく乗り越えたことが示唆されるといいます。彗星を研究するQicheng Zhang氏(カリフォルニア工科大学)は「氷でできた彗星は壊れやすく、ネオワイズ彗星が太陽への最接近に耐えられるかどうか確信が持てませんでした」と語ります


ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した画像(右)の位置関係を示した図

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した画像(右)の位置関係を示した図。彗星核を中心とした部分をクローズアップ撮影したことがわかる。背景は7月18日に地上から撮影されたネオワイズ彗星(Credit: NASA, ESA, Q. Zhang (California Institute of Technology), A. Pagan (STScI), and Z. Levay)

研究者たちは、彗星が太陽から遠ざかるにつれて塵の色が変化する様子を調べることで、塵の本来の性質を探ることを最終的な目標としています。Zhang氏は「優れた解像度を持つハッブル宇宙望遠鏡で核から噴出したばかりの塵の変化を観測することで、可能な限り彗星の元の性質に近い塵を調べることができます」とコメントしています。

太陽への最接近を終えたネオワイズ彗星は、太陽系の外側に向かって秒速60km以上の速度で遠ざかりつつあると推定されています。次に太陽へ近づくのは、およそ7000年後になるとのことです


Image Credit: NASA, ESA, Q. Zhang (California Institute of Technology), A. Pagan (STScI)

2020-08-25
Soraeより
 

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