クワオアーに環を発見
Pagano氏は「得られたCHEOPSのデータは驚くべきS/N比でした」と語る。S/N比とは、検出された信号(Signal)が、ノイズ(Noise、雑音)に対してどれくらい強く現れているかという尺度で、CHEOPSのデータはクワオアーの信号を、ノイズよりもはるかに高く検出できていた。これはCHEOPSが宇宙空間にあり、地球の大気によって発生するノイズが存在しないからだという。
そしてCHEOPSは、クワオアーそのものがトランジットを起こす前後に、わずかに光が変化することを検出。それはクワオアーの周囲を回る軌道に、なんらかの物質が存在すること、すなわち環が存在することを示していた。
これが地球の望遠鏡であれば、環が存在することを示唆する信号が見つかっても、それが本当に環なのか、それとも大気のノイズなのかを判別することは難しい。だが、CHEOPSの信号の明快さが、クワオアーの環を克明に映し出すことに役立ったのである。
もっとも、地上の望遠鏡が役に立たなかったというわけではない。それまでに集められた地上からクワオアーを観測したデータもとても重要なもので、それとCHEOPSのデータを組み合わせることで、初めて天文学者は、クワオアーにたしかに環があるということを自信を持って言うことができたのである。
研究を主導した、ブラジルのリオデジャネイロ連邦大学のBruno Morgado氏は「CHEOPSのデータを、世界中の天文台やアマチュア天文家からのデータと組み合わせました。これらのデータは、過去数年間にわたり、クワオアーがさまざまな恒星の前を通過していることが記録されています。それらをまとめると、クワオアーのまわりの軌道に物質が存在することを示す明るさの低下が見受けられました」と語る。
「私はそれを見たとき、思わず『オッケー、クワオアーのまわりに環があるようだ』と言ったのを覚えています」。
あるはずのない環
もっとも、天体に環があることはそれほど珍しいことではない。有名な土星にとどまらず、木星や天王星、海王星にもあり、さらに土星と天王星の間にある小惑星カリクロー、太陽系外縁天体の準惑星ハウメアなどといった小さな天体にもあることがわかっている。
だが、クワオアーの環がこれらと大きく異なるのは、天体からの距離である。この環はクワオアーの半径の約7.5倍も離れた距離にあり、天文学者たちは「なぜ、この環の物質が合体して小さな月(衛星)にならないのか」という疑問に頭を悩ませている。
大きな重力場をもつ天体には、接近してくる天体が引き裂かれる、ある限界の距離がある。これを「ロシュ限界」という。土星やカリクロー、ハウメアといった天体にある環は、それぞれの天体のロシュ限界内に存在すると予想されている。つまり環を構成している物質が集まって月になろうとしても、重力場によって引き裂かれてしまうため、破片が散らばった環として存在し続けることができる。
ところが、クワオアーの環の場合、クワオアーのロシュ限界よりもはるかに離れたところに存在している。従来の考えでは、ロシュ限界の外にある環は、わずか数十年という時間で合体し月になるとされており、クワオアーの環の存在はそれと真っ向から矛盾しているのである。
観測に参加したカタニア天体物理観測所の天文学者Giovanni Brunoは「私たちの観測の結果、密集した環は天体のロシュ限界内でのみ存続しうるという古くからの考えは、完全に修正する必要があります」と語る。
天文学者たちは現時点で、クワオアーの極寒の温度が、氷の粒子が合体するのを防ぐ役割を果たしているため月にならないのではと考えているが、結論を出すにはさらなる観測や研究が必要だとしている。
研究チームがクワオアーの環の謎に挑む一方、ラッキー・スター・プロジェクトはクワオアーや他の太陽系外縁天体のさらなる観測を進めるとしている。チームは「他にも環をもつ天体はたくさんあるかもしれません」と語る。
一方、環の発見と新たな謎をもたらしたCHEOPSは、系外惑星を観測するという本来のミッションを続けている。これまでに、恒星にきわめて近い軌道を回る木星型惑星、通称ホット・ジュピターのひとつWASP-189bの詳細な観測のほか、恒星TOI-178に6つの惑星があり、そのうち5つは共鳴軌道でダンスをするように回っていることを発見するなどの成果を残している。観測データの収集、分析はこれからも続き、さらに素晴らしい成果がもたらされることになろう。
参考文献
・ESA - ESA’s Cheops finds an unexpected ring around dwarf planet Quaoar
・A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche limit | Nature
・Home - Lucky Star
