デブリディスク

デブリディスク （アメリカ英語：debris disk ）またはデブリディスク（イギリス英語：debris disc）は、恒星の周りを周回する塵や破片の円盤である。右のフォーマルハウトの画像に見られるように、これらの円盤には目立つリングが含まれることもある。デブリディスクは、成熟した惑星系を持つ恒星の周囲に見られ、進化した中性子星の周りを周回する少なくとも1つのデブリディスクが含まれる。^[1]デブリディスクは、小惑星や彗星としても知られる微惑星の衝突の残骸として生成され、維持されることもある。^[2]

2001 年現在、900 個以上の候補星にデブリ ディスクが存在することがわかっています。これらは通常、赤外線で星系を調べ、星から放射される放射線を超える過剰な放射線を探すことで発見されます。この過剰な放射線は、ディスク内の塵に吸収された星からの放射線で、赤外線エネルギーとして再放射されていると推測されます。^[3]

デブリ円盤は、太陽系のデブリの巨大な類似物として説明されることが多い。既知のデブリ円盤のほとんどは半径が 10～100天文単位(AU) で、太陽系のカイパーベルトに似ているが、カイパーベルトは最も近い恒星の周りでさえ検出できるほどの塵の質量を持っていない。一部のデブリ円盤には、中心の恒星から 10 AU 以内にあるより温かい塵の成分が含まれている。この塵は、太陽系の 黄道塵に似て、太陽系外塵と呼ばれることもある。

1984年、 IRAS衛星によってベガ星の周囲にデブリ円盤が検出された。当初は原始惑星系円盤であると考えられていたが、円盤内のガスの不足と星の年齢からデブリ円盤であることが現在ではわかっている。IRASで発見された最初の4つのデブリ円盤は「ファビュラス・フォー」として知られており、ベガ、がか座ベータ、フォーマルハウト、エリダヌス座イプシロンである。その後、がか座ベータ円盤の直接画像で塵の不規則性が示され、これは目に見えない太陽系外惑星による重力摂動によるものとされた。^{[5]この説明は、2008年に太陽系外惑星が}か座ベータbが発見されたことで確認された。^[6]

直接撮像によって初めて発見された恒星（HR 8799）を含む他の太陽系外惑星を宿す恒星も、デブリディスクを宿すことが知られている。近隣の恒星55 Cancriも5つの惑星を含むことで知られており、デブリディスクを持つことが報告されているが^[7]、その検出は確認されていない。^[8]エリダヌス座イプシロン星 の周りのデブリディスクの構造は、その恒星の周りを周回する惑星による摂動を示唆しており、惑星の質量と軌道を制限するために使用できる可能性がある。^[9]

2014年4月24日、NASAは、1999年から2006年にかけてハッブル宇宙望遠鏡で初めて観測されたいくつかの若い星、HD 141943とHD 191089のアーカイブ画像で、新たに改良された画像処理技術を使用してデブリディスクを検出したと報告した。^[10]

2021年に、200日間にわたって隠された恒星VVV-WIT-08の観測は、デブリディスクが恒星と地球の観測者の間を通過した結果であった可能性がある。^[11]他の2つの恒星、ぎょしゃ座イプシロン星とTYC 2505-672-1は定期的に日食になると報告されており、この現象はさまざまな周期で周回するディスクの結果であると判明しており、VVV-WIT-08もこれらに似ており、地球上の観測者が経験したよりもはるかに長い公転周期を持っている可能性があることを示唆している。VVV-WIT-08はいて座にあり、太陽の10倍の大きさである。

太陽のような恒星の形成中、その天体はT-Tauri段階を通過し、その間、ガスが豊富な円盤状の星雲に囲まれます。この物質から微惑星が形成され、さらに他の微惑星や円盤物質が集積して惑星を形成します。星雲は、放射圧やその他のプロセスによって一掃されるまで、 100 万年から 2000 万年の間、主系列前の恒星を周回します。その後、微惑星同士の衝突によって恒星の周囲に第 2 世代の塵が生成され、その結果生じた破片から円盤が形成されます。これらの恒星の一生のある時点で、少なくとも 45% の恒星が破片円盤に囲まれ、赤外線望遠鏡を使用して塵の熱放射を検出できます。衝突が繰り返されると、円盤が恒星の一生の大半にわたって存続する可能性があります。^[12]

典型的なデブリディスクには、1～ 100μmの大きさの小さな粒子が含まれています 。衝突により、これらの粒子はサブミクロンサイズに粉砕され、主星からの放射圧によってシステムから除去されます。太陽系内のもののような非常に希薄なディスクでは、ポインティング・ロバートソン効果により、粒子が内側に螺旋状に移動することがあります。どちらのプロセスも、ディスクの寿命を10 百万年以下に制限します。したがって、ディスクが無傷のままであるためには、ディスクを継続的に補充するプロセスが必要です。これは、たとえば、より大きな天体同士の衝突によって発生し、その後、観測された小さな粒子まで物体を粉砕するカスケードが続きます。^[13]

デブリ円盤で衝突が起こるには、天体が重力的に十分に乱されて、比較的大きな衝突速度を生み出さなければならない。恒星の周りの惑星系は、連星の伴星や他の恒星の接近と同様に、そのような乱れを引き起こす可能性がある。^[13]デブリ円盤の存在は、太陽系外惑星がその恒星を周回している可能性が高いことを示している可能性がある。^[14]さらに、多くのデブリ円盤は、塵の中に構造（例えば、塊や歪み、非対称性）を示しており、円盤内に1つ以上の太陽系外惑星が存在することを示唆している。^[6]私たちの太陽系外惑星帯に非対称性があるかどうかは、存在する可能性はあるものの、依然として議論の余地がある。^[15]

太陽を含む多くの星の周囲には、次のような塵や破片の帯が検出されています。

ベルトの軌道距離は、画像からの直接測定またはベルトの温度から導出された推定平均距離または範囲です。地球から太陽までの平均距離は 1 AU です。

ウィキメディア・コモンズには、デブリディスクに関連するメディアがあります。

• McCabe, Caer (2019-03-08). 「分解された恒星周ディスクのカタログ」NASA JPL。2019-03-08に閲覧。