カイパーベルトは予想外に広い？鍵となる天体を「すばる」で発見

【2024年7月2日 すばる望遠鏡】

海王星軌道の外側には、小天体がたくさん分布する「カイパーベルト」と呼ばれる領域がある。これまでの観測で、太陽から約50天文単位（海王星の軌道半径の約1.6倍）を超えるとカイパーベルト天体（KBO）の数が急激に減ることが知られていて、このあたりがカイパーベルトの外側の端だと考えられてきた。

この端がどうやってできたのかについてはいくつかの説がある。46億年前の原始太陽系星雲がこのくらいのサイズだった名残だという考え方もその一つだが、観測されている他の原始惑星系円盤は半径100天文単位くらいのものが多い。もしカイパーベルトの外端が原始太陽系星雲の名残だとすると、太陽系は一般的な原始惑星系円盤よりもかなり小さく誕生したことになる。

あるいは、カイパーベルトの外端はさらに外側を回る天体の影響で切り取られてしまったものだという説もある。もしそうなら、カイパーベルトの外側に、外端を切り取った原因天体や「第2のカイパーベルト」が見つかるかもしれない。このように、太陽系外縁天体（TNO）を発見してその分布を調べることは、太陽系の進化の歴史を知る上で非常に重要だ。

TNOの探査を目的として2006年に打ち上げられたNASAの探査機「ニューホライズンズ」は、2015年に冥王星をフライバイ、2019年にはKBOの一つ「アロコス」をフライバイして、史上初めて太陽系外縁天体の近接撮影画像を地球に届けた。

ニューホライズンズは延長ミッションに入っており、現在も太陽系外縁部を飛行中だ。ミッションチームはすばる望遠鏡を使ってニューホライズンズの次の目標天体を探す観測を行っている。同チームはすばる望遠鏡で決まった視野を長期間撮り続け、これまでに240個以上のTNOを発見している。

千葉工業大学の吉田二美さんたちの研究チームは、このすばる望遠鏡による探索画像セットを使い、ニューホライズンズのチームとは独立にTNOの検出を行った。画像の解析には、研究チームの一員であるJAXAの研究者が開発した移動天体検出システムが使われた。このシステムはもともと、未知のスペースデブリや地球接近天体（NEO）を見つける目的で開発されたものだ。解析の結果、2020年6月と2021年6月に撮影されたデータから、84個のKBO候補が検出された。

移動天体の検出例。KBOの移動速度の範囲を仮定して、一定の時間間隔で同じ視野を撮像した32枚の画像（オレンジの枠）を様々な方向にずらしながら重ね、うまく全てが重なったものを移動天体候補とする。緑・水色・黒の枠内の画像は、それぞれ2枚、8枚、32枚を重ねた画像。全ての重ね合わせパターンで中心に天体らしき光源が現れる場合に、本物の天体と判断する（提供：JAXA、以下同）

さらに研究チームは、これらの移動天体の軌道を推定して、複数夜にわたって検出された同じ天体を同定するために、アストロアーツが開発した移動天体検出ソフトウェア「ステラハンター・プロフェッショナル」を使用した（このソフトにもJAXAの移動天体検出システムと同じアルゴリズムが採用されている）。この解析により、2020年5～8月のデータから6個、2021年6月のデータから1個、計7個のTNOが見つかり、そのうち2個は軌道長半径が「カイパーベルトの外端」である50天文単位より大きいことがわかった。

2024年6月1日時点でのKBO、TNOの分布（目盛りの単位：天文単位）。（＋）太陽の位置、（黄緑）木星・土星・天王星・海王星の軌道、（赤と紫）今回発見された、軌道長半径が50天文単位より大きいTNO（2020 KJ₆₀、2020 KK₆₀）の軌道。（黒い点）太陽系の初期にその場で形成された氷微惑星と考えられている古典的なカイパーベルト天体。黄道面付近に分布している。（灰の点）軌道長半径が30天文単位以上のTNO。海王星に散乱された天体も含むため遠くまで広がっており、多くは黄道面から離れた軌道を持つ

今回の発見や、ニューホライズンズのチームが発見した天体の軌道分布、ニューホライズンズが観測を続けている塵の観測データなどを考えると、カイパーベルトは50天文単位を超えてさらに広がっている可能性がある。似たような軌道を持つ天体がさらに見つかれば、カイパーベルトが従来の予想よりも広い可能性はさらに高まるかもしれない。