観測史上初の太陽系外から来た天体として発見された「オウムアムア（Oumuamua）」が、実は巨大な分子雲から吐き出された水素氷山であるとの仮説が、このほど公表された。この“氷山理論”によってオウムアムアが奇妙な葉巻型であることも、太陽系に入ってから加速を始めた理由も説明が付くという。だが、いかに証明すればいいのか？
TEXT BY DANIEL OBERHAUS
DOTTEDHIPPO/GETTY IMAGES
2017年に「オウムアムア（Oumuamua）」が観測史上初の恒星間天体として太陽系内で発見されて以来、この天体は天文学者たちにとって無限に好奇心をそそられる存在となっている。この巨大な隕石の塊は珍しい葉巻型で、くるくると回転しており、彗星または小惑星として容易に分類することができない。
別の惑星系からの訪問者であるオウムアムアには不確かな部分が多く、その起源や組成については諸説が語られている。宇宙塵の塊、宇宙人の宇宙船、恒星によって分解された小さな惑星の残骸など、さまざまな憶測が飛び交ったのだ。
こうしたなかイェール大学のふたりの天体物理学者が、オウムアムアには恒星間氷山の要素があるとする新たな説を5月下旬に打ち出した。プレプリント（査読前論文）として「Astrophysical Journal Letters」への掲載が認められたこの研究は、オウムアムアの起源は巨大な分子雲にあるとしている。
オウムアムアは水素氷山だった？
この幽霊のような物体は巨大な惑星製造機で、その長さは数光年におよぶこともあり、数万個もの星々を形成できるだけのガスを含むとされる。しかし、今回の新たな研究によると、分子雲は見た目や動きがオウムアムアによく似た水素氷山を吐き出す可能性もあるという。
「水素氷山は少し珍しいものかもしれませんが、オウムアムアのあらゆる謎について説明を与えてくれるものなのです」と、論文の執筆者のひとりであるダリル・セリグマンは語る。セリグマンはシカゴ大学の博士研究員になることが決まっており、共著者の天体物理学者グレゴリー・ラフリンはイェール大学で彼の博士課程の指導教官を務めた人物だ。
もしセリグマンとラフリンが正しければ、オウムアムアは観測史上初の恒星間天体であるだけでなく、観測史上初の水素氷山でもあるということになる。
数十万年かかって巨大な氷の塊に？
水素は一般的に気体として存在しており、太陽などの核融合プロセスの燃料源となっている。だが、十分に冷却された場合には、水素は固体となる。この宇宙でそのような相転移を引き起こすほどの低温であることがわかっている場所は、巨大な分子雲の密度の濃い氷のような中心部分だけだ。
「昇華温度が非常に低いので、水素氷に関する研究はほとんどありません」と、セリグマンは語る。昇華温度とは、固体が直接気体に変化する温度のことだ。セリグマンによると、水素が凍るのはおよそ-268℃で、これは絶対零度（-273.15℃）とわずか数度の違いしかないという。
巨大な分子雲のコア部分の寿命は数十万年ほどと、比較的短い。分子雲は時間とともに銀河の撹拌によって侵食されていき、やがて消滅する。しかし今回の水素氷山理論によると、分子雲のコアが存在している短い期間に凍った水素分子が分子雲内の塵にくっつき、巨大な氷の塊を形成するという。
これは恐ろしく時間のかかるプロセスで、数十万年かかってようやく全長数百メートルほどの氷山ができあがるといった程度だ。米航空宇宙局（NASA）の研究者は、オウムアムアの全長は800m以下であるとの計算をしており、この説明にうまく当てはまる。
オウムアムアが加速した理由
この氷山理論は、オウムアムアが奇妙な葉巻型であることにも説明を付けている。巨大な分子雲のコアが消え去り、できあがった氷山が虚空を漂い始めると、この氷山は絶えず宇宙線に晒されることになる。宇宙線は特定の角度から、より大量に氷山を削り取り、結果として細長い形ができあがる。
セリグマンはこれを固形石鹸にたとえる。つまり、使っていくうちに平たい楕円形になっていく固形石鹸と同じようなものだというわけだ。
しかしセリグマンにとって最も刺激的だったのは、水素氷山理論によって、オウムアムアが太陽系に入ってから加速を始めた理由を説明できることだった。オウムアムアの加速は引力だけで説明できるものではなかったのである。
複数の天文学者が展開してきた最も有力な理論は、オウムアムアは隕石が急速に沸騰して気体を発生させるガス放出という現象を推進力にしているというものだった。彗星が美しい尾を引くのはこの現象が原因であり、この尾は一般的に二酸化炭素や水などの化合物で構成されている。
しかし、天文学者がオウムアムアを観察してみたところ、加速の要因であるはずのガス放出を観測できなかった。ただし当然のことながら、オウムアムアが純粋な水素のみを放出しているのであれば話は別だ。なぜなら、観察に使用されている天体望遠鏡では水素を観測できないからである。
包括的な説明づけ
セリグマンとラフリンの理論は、オウムアムアのミステリアスな特徴の大半に刺激的な説明を加えるものとなっている。ただしこの理論には、水素氷山というまったく新しい天体物理学上の物体が登場する。水素氷山がこれまで観測されたことはなく、理論立てさえほとんど行われていないのだ。
セリグマンによると、その数少ない参照元のひとつが、1990年代に発表された天文学論文だという。この論文では、固体となった水素が暗黒物質を説明できるのではないかという理論立てが行われている。
物理学的な面から見る限り、水素氷山が存在しないと考える理由はなく、水素氷山はオウムアムアについて多くのことを説明できているように思えるとマシュー・ナイトは指摘する。ナイトは海軍兵学校の天文学者で、過去に恒星間天体を研究していた。
「これまでオウムアムアの細長い形状や、どうやって加速しているのかというエネルギー論の問題に関してうまい説明が見つからず、そういったことについては文献でもほとんど触れられてきませんでした」と、ナイトは語る。「彼らは非常にうまく包括的な説明づけをできていると思います」
同様の恒星間天体を観測できる可能性
それでも並外れた主張には、並外れた証拠が必要である。わたしたちはオウムアムアが実際に水素氷の塊なのか、知ることはできないかもしれない。オウムアムアは時速約11万3,000kmの速さで太陽系から離れつつあり、観察は不可能だ。それにオウムアムアに追いつくための恒星間ミッションも、実現の見通しは立っていない。
だが、同様の恒星間天体を観測できる可能性はあるかもしれない。多くの天文学者は、恒星間天体が定期的に太陽系を通過しており、チリの大型シノプティック・サーベイ望遠鏡などをはじめとする高性能な次世代天体望遠鏡であれば、こうした天体が太陽系を去るはるか以前の段階で観測できるのではないかと考えている。
早い段階で観測できれば、天体の組成や形成の過程について天文学者たちが理論を検証する十分な時間を確保できる。もし氷山理論が正しければ、天文学者たちはこのような恒星間天体が太陽系を移動するなかで、その形を変えていく様子を目の当たりにすることになるだろうと、セリグマンは言う。最も劇的な変化は、天体が太陽に最接近し、水素を急速に蒸発させたときに起きるとされている。
「この理論は、これまでわたしたちが包括的に説明できなかった多くのことにうまく説明づけができており、今後新たな恒星間天体が発見された場合に行われるべきさまざまな新しい調査の可能性を開くものです」と、ナイトは語る。「もしオウムアムアが水素氷でできていたことが実際に証明できれば、本当に刺激的な結末となるでしょうね」
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May 31, 2020 at 04:00PM
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