星間物体

恒星間物体とは、恒星の重力に束縛されていない恒星間空間にある天体（小惑星、彗星、放浪惑星など、恒星や恒星残骸ではない）である。この用語は、恒星間軌道上にあるが一時的に恒星の近くを通過している物体、たとえば特定の小惑星や彗星（系外小惑星や系外彗星を含む^{[1] [2]}）にも適用される。後者の場合、その物体は恒星間侵入者と呼ばれることがある。^[3]

最初に発見された恒星間天体は、元々の恒星系から放出された惑星である放浪惑星（OTS 44やCha 110913−773444など）であったが、恒星と同じように恒星間空間で形成された惑星質量の天体である 亜褐色矮星と区別することは困難である。

太陽系を移動しているのが発見された最初の恒星間物体は、 2017年の1I/オウムアムアでした。2番目は2019年の2I/ボリソフでした。どちらも大きな双曲的過剰速度を持っており、太陽系起源ではないことを示しています。オウムアムアの発見は、2019年に天文学者のアミール・シラジとアヴィ・ローブによって、マヌス島の火球としても知られるCNEOS 2014-01-08が地球に衝突した恒星間物体であると暫定的に特定されるきっかけとなりました。 ^[4]これは、太陽に対する物体の速度に基づいて、2022年に米国宇宙軍によって支持されました。 ^{[5] [6] [7] [8] [9] [10]} 2023年5月、天文学者らは、長年にわたり地球近傍軌道（NEO）で他の恒星間物体が捕獲された可能性があると報告しました。^{[11] [12]}しかし、NASAや他の天文学者はこれに疑問を抱いており、^{[13] [14] [15] [16] [17] [18]}さらに他の専門家は、隕石の衝突について地球に関連した説明を見つけました。^[19]

星間物体はかつては主星に束縛されていましたが、その後は束縛から解放されました。さまざまなプロセスにより、惑星やより小さな物体（微惑星）が主星から解放されることがあります。^[20]

太陽系で初めて恒星間天体が発見されたことを受けて、国際天文学連合は、彗星の番号体系に似た、恒星間天体の新しい小天体命名シリーズ、 I番号を提案した。小惑星センターが番号を割り当てる。恒星間天体の暫定的な命名は、必要に応じてC/またはA/接頭辞（彗星または小惑星）を使用して処理される。^[21]

天文学者たちは、太陽系外起源の恒星間物体（オウムアムアなど）が毎年地球の軌道内を通過していると推定している^[27] 。また、海王星の軌道内を通過する天体は1日に1万個にも上ると推定されている^{[28] 。}

星間彗星は時折、太陽系の内部を通過し^[1] 、ランダムな速度で接近します。ほとんどの場合、太陽系はヘルクレス座の方向、つまり太陽の頂点に向かって動いているため、その方向から接近します^[29]。オウムアムアが発見されるまで、太陽の脱出速度^[30]よりも速い速度を持つ彗星は観測されなかったという事実が、星間空間における彗星の密度の上限を定めるために使用されました。トルベットの論文では、密度は1立方パーセクあたり10 13 (10兆) 個以下であると示されました[ 31 ^]。LINEARのデータ^を使用した他の分析では、上限は4.5 × 10 ⁻⁴ / AU ³、つまり1立方パーセクあたり10 ¹² (1兆) 個とされています。^[2]デイビッド・C・ジューイットとその同僚による最近の推定では、オウムアムアの検出後に、「海王星の軌道内にある同様の約100メートル規模の恒星間物体の定常状態数は約1 × 10⁴、それぞれ滞在期間は約10年です。」 ^[32]

オールトの雲形成に関する現在のモデルでは、オールトの雲に留まる彗星よりも多くの彗星が星間空間に放出されると予測されており、推定値は3倍から100倍の範囲である。^[2]他のシミュレーションでは、彗星の90～99%が放出されると示唆されている。 [ ^{33 ]}他の恒星系で形成された彗星も同様に散乱しないと考える理由はない。^[1] アミール・シラジとアヴィ・ローブは、オールトの雲が太陽誕生クラスター内の他の恒星から放出された微惑星から形成された可能性があることを実証した。 [34] ^{[35] [36]}両研究者は、木星との接近遭遇により軌道エネルギーを失った結果、太陽系に閉じ込められたオウムアムアのような天体の探索を提案した。^{[37] [38]}

恒星を周回する物体が、第3の巨大な天体との相互作用によって弾き出され、星間物体となることはあり得る。このようなプロセスは、1980年代初頭に、当初は太陽の重力に束縛されていたC/1980 E1が木星の近くを通過し、太陽系からの脱出速度に達するほど加速されたときに始まった。これにより、その軌道は楕円軌道から双曲線軌道に変わり、離心率は1.057となり、当時知られている物体の中で最も離心率の高い物体となった。 ^[39] それは星間空間に向かっている。

現在の観測の難しさにより、恒星間物体は通常、太陽系を通過した場合にのみ検出され、その強い双曲軌道と数km/sを超える双曲過剰速度によって区別され、太陽の重力に束縛されていないことが証明されます。 ^{[2] [40]}対照的に、重力に束縛された物体は、太陽の周りを楕円軌道で回ります。（軌道が放物線に非常に近いため、重力に束縛されているかどうかが不明な 物体もいくつかあります。）

恒星間彗星は、おそらく稀に、太陽系を通過する際に太陽中心軌道に捕らえられる可能性がある。コンピュータシミュレーションによると、彗星を捕らえるのに十分な質量を持つ惑星は木星のみであり、これは6000万年に1回発生すると予想される。^[31]マックホルツ1彗星と百武C/1996 B2彗星は、そのような彗星の可能性のある例である。これらは、太陽系の彗星としては異例の化学組成を持っている。^{[30] [41]}

最近の研究では、小惑星514107カエパオカアウェラは、木星との共軌道運動と太陽の周りの逆行軌道によって証明されるように、約45億年前に捕獲された元恒星間物体である可能性があることが示唆されています。^[42]さらに、彗星C / 2018 V1（マックホルツ-藤川-岩本）は、オールトの雲起源の可能性を排除することはできませんが、太陽系外起源である可能性がかなり高い（72.6％）。 ^[43] ハーバード大学の天文学者は、物質、そしておそらく休眠中の胞子は、広大な距離を超えて交換されることができると示唆しています。^[44]太陽系内を横切るオウムアムアの検出は、太陽系外惑星系との物質的なつながりの可能性を裏付けています。

太陽系における星間来訪者は、数キロメートルの大きさの物体からサブミクロンの粒子まで、あらゆる大きさの物体に及ぶ。また、星間塵や流星体は、親システムからの貴重な情報も運んでいる。しかしながら、これらの物体をサイズの連続体に沿って検出することは明らかではない（図を参照）。^[46]最も小さな星間塵粒子は電磁力によって太陽系から除去されるが、最も大きな粒子はまばらすぎて、その場の宇宙船の検出器から適切な統計情報を得ることができない。中間サイズ（0.1～1マイクロメートル）の物体では、星間集団と惑星間集団の区別が困難になることがある。これらの速度と方向性は大きく異なる可能性がある。^[47]地球の大気圏で流星として観測される星間流星体の識別は非常に困難であり、高精度の測定と適切な誤差検査が必要である。^[48]さもなければ、測定誤差によって放物線に近い軌道が放物線限界を超えて移動し、人工的な双曲面粒子の集団が作られる可能性があり、これはしばしば星間起源と解釈される。^[46] 小惑星や彗星のような大きな星間訪問者は、2017年（1I/オウムアムア）と2019年（2I/ボリソフ）に太陽系で初めて検出され、ヴェラ・ルビン天文台などの新しい望遠鏡によってより頻繁に検出されると予想されている。アミール・シラジとアヴィ・ローブは、ヴェラ・C・ルビン天文台が、太陽の局所的静止基準に対する動きによる星間物体の分布の異方性を検出し、親星からの星間物体の特徴的な放出速度を特定することができると予測している。^{[49] [50] [51]}

2023年5月、天文学者たちは、今後数年間で地球近傍軌道（NEO）にある他の恒星間物体が捕獲される可能性があると報告した。^{[11] [12]}

2017年10月19日、パンスターズ望遠鏡によって、見かけの明るさが20等級の暗い天体が発見された。観測により、この天体は太陽脱出速度よりも速い速度で太陽の周りを強い双曲線軌道を描いていることがわかった。つまり、この天体は太陽系に重力的に束縛されておらず、星間天体である可能性が高いということだ。^[52]この天体は当初、彗星であると想定されていたためC/2017 U1と命名されたが、10月25日に彗星活動が見られなかったためA/2017 U1に改名された。^{[53] [54]}この天体が星間天体であることが確認された後、1I/`Oumuamuaと改名された。「1」はこのような天体が最初に発見されたため、「I」は星間、「'Oumuamua」はハワイ語で「遠くから来た使者が最初に到着する」という意味である。^[55]

オウムアムアに彗星活動がないことは、それが由来した恒星系の内部領域に起源を持ち、太陽系で知られている岩石質小惑星、絶滅した彗星、ダモクロイドのように、霜線内の表面揮発性物質をすべて失ったことを示唆している。これは単なる推測に過ぎず、オウムアムアは恒星間空間で何億年も宇宙放射線にさらされて表面揮発性物質をすべて失い、親システムから追い出された後に厚い地殻層を形成した可能性もある。

オウムアムアの離心率は1.199で、2019年8月にボリソフ彗星2Iが発見される以前に太陽系で観測された人工物以外の物体としては、圧倒的に最大の離心率であった。

2018年9月、天文学者たちはオウムアムアが恒星間旅を始めた可能性があるいくつかの母星系について説明した。 ^{[56] [57]}

この天体は2019年8月30日、クリミア半島ナウチニのMARGOで、ゲンナジー・ボリソフが特注の0.65メートル望遠鏡を使って発見した。^[58] 2019年9月13日、カナリア大望遠鏡は2I/ボリソフの低解像度可視スペクトルを取得し、この天体の表面組成が典型的なオールトの雲彗星とそれほど変わらないことを明らかにした。^{[59] [60] [61]}国際天文学連合小天体命名作業部会はボリソフという名前をそのまま使用し、この彗星に2I/ボリソフという星間指定を与えた。^[62 ] 2020年3月12日、天文学者はボリソフの「進行中の核分裂」の観測的証拠を報告した。^[63]

2007年、アファナシエフらは、2006年7月28日にロシア科学アカデミーの特別天体物理観測所の上空の大気圏に数センチメートルの銀河間流星が衝突した可能性が高いことを報告した^。[64]

2018年11月、ハーバード大学の天文学者アミール・シラジとアヴィ・ローブは、計算された軌道特性に基づいて、太陽系にはオウムアムアサイズの恒星間物体が数百個あるはずだと報告し、2017 SV ₁₃や2018 TL ₆などのケンタウルス族の候補をいくつか提示した。これらはすべて太陽を周回しているが、遠い過去に捕獲された可能性がある。^[65]両研究者は、恒星掩蔽、月や地球の大気との衝突による光学的特徴、中性子星との衝突による電波フレアを含む恒星間物体の発見率を高める方法を提案している。^{[66] [67] [68] [69]}

CNEOS 2014-01-08（別名：星間流星1、IM1）^{[70] [71] [72]}は、質量0.46トン、幅0.45メートル（1.5フィート）の流星で、2014年1月8日に地球の大気圏で燃え尽きた。^{[4] [10]} 2019年のプレプリントでは、この流星が星間起源であったことが示唆された。^{[73] [74] [6] [7] [9]}太陽中心速度60km/s（37mi/s）、漸近速度42.1±5.5km/s（26.2±3.4mi/s）で、UTC17:05:34に高度18.7km（61,000フィート）のパプアニューギニア付近で爆発した。 ^[4] 2022年4月にデータを機密解除した後、^[75]米宇宙軍は、惑星防衛センサーから収集した情報に基づいて、潜在的な星間流星の速度を確認した。^{[8] [5]} 2023年、ガリレオ計画は、明らかに特異な^{[76] [77] [78]}流星の小さな破片を回収する遠征を完了した。^{[79] [78]}ニューヨークタイムズ紙の報道によると、彼らの研究結果についての主張は同僚らから疑問視されている。^[80]さらなる関連研究が2023年9月1日に報告された。^{[81] [82]}

他の天文学者は、使用された流星カタログが飛来速度の不確実性を報告していないため、星間起源を疑っている。 ^[83]単一のデータポイント（特に小さな流星の場合）の妥当性は依然として疑問視されている。2022年11月、CNEOS 2014-01-08の異常な特性（高い強度と強い双曲軌道を含む）は、真のパラメータというよりも測定誤差として説明したほうがよいと主張する論文が発表された。流星の破片を回収できる可能性は非常に低い。^[84]一般的な微小隕石は互いに区別がつかないであろう。

CNEOS 2017-03-09（別名：星間流星2、IM2）^{[71] [72]}は、質量が約6.3トンの隕石で、2017年3月9日に地球の大気圏で燃え尽きた。IM1と同様に、高い機械的強度を持っている。^{[85] [71] 2022年9月、天文学者のアミール・シラジとアヴィ・ローブは、2017年に地球に衝突し、隕石の}物質的強度が高いことから、星間物体の可能性があると考えられている候補の星間流星、CNEOS 2017-03-09を発見したと報告した。^{[71] [72]}

現在の宇宙技術では、接近訪問や軌道ミッションは高速であるため困難ではあるが、不可能ではない。^{[86] [87]}

恒星間研究イニシアチブ（i4is）は、オウムアムアへのミッションの実現可能性を評価するために、 2017年にプロジェクト・ライラを立ち上げました。^[88] 5年から25年の期間内にオウムアムアに宇宙船を送るためのいくつかの選択肢が提案されました。^{[89] [90]} 1つの選択肢は、最初に木星をフライバイし、続いてオーベルト効果を利用するために3太陽半径（2.1 × 10 ⁶  km; 1.3 × 10 ⁶  mi）で太陽に接近フライバイすることです。^[91]迎撃軌道への直接的な衝動的な移行を想定して、打ち上げ日に関してさまざまなミッション期間とその速度要件が検討されました。 ^^

ESAとJAXAが2029年に打ち上げを予定しているコメットインターセプター宇宙船は、太陽-地球L2_地点に配置され、適切な長周期彗星が迎撃してフライバイするのを待って研究する予定である。^[92] 3年間の待機期間中に適切な彗星が特定されなかった場合、宇宙船は、到達可能であれば、短期間で星間物体を迎撃する任務を負う可能性がある。^[93]

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• エンゲルハート、トニ; ジェディケ、ロバート; ヴェレス、ピーター; フィッツシモンズ、アラン; デノー、ラリー; ベショア、エド; マインケ、ボニー (2017)。「小惑星と彗星の星間数密度の観測的上限」。天文学ジャーナル。153 ( 3): 133。arXiv : 1702.02237。Bibcode : 2017AJ  .... 153..133E。doi : 10.3847/1538-3881/ aa5c8a。S2CID 54893830。