【論文7本】彗星のように加速したのに、ガスも尾もまったく見えなかった天体がいた　初めての恒星間天体オウムアムア、加速の正体をめぐる論争

2017年10月、ハワイの望遠鏡が、太陽系の外からやってきた奇妙な天体を見つけました。太陽をひとまわりしたあと、二度と戻らない軌道で飛び去っていく——史上初めて確認された「恒星間天体」です。天文学者たちは数ヶ月間、消えていくその姿を追い続けました。

そして気づいたのは、もっと奇妙なことでした。この天体は彗星のようにわずかに加速していたのに、彗星特有のガスも尾もまったく見えなかったのです。何が、この天体を押していたのか。2018年に『Nature』誌で30σ(シグマ)という極めて高い確からしさで報告されたこの「謎の加速」は、7年以上たった今も完全には説明がついていません。

今回は、初めての恒星間天体オウムアムア(ʻOumuamua)をめぐる7本の論文をもとに、何が分かっていて、何がまだ分かっていないのかを整理します。

なぜ、ただの岩のような天体が注目されたのか

太陽系の中を飛ぶ小惑星や彗星は、太陽の重力に縛られた楕円軌道を描いています。ところが2017年10月19日、ハワイのPan-STARRS1望遠鏡が見つけた天体は、双曲線軌道(太陽の重力に捕まらない、一度だけ通り過ぎる軌道)を描いていました。これは太陽系の外側からやってきて、太陽の重力でわずかに向きを変えられただけで、再び外へ出ていく軌道です。太陽系の天体としては説明できない動きであり、史上初めて確認された恒星間天体と認定されました。

国際天文学連合はこの天体に、ハワイ語で「遠方からやってきた最初の使者」を意味するʻOumuamua(オウムアムア)という名前を与え、正式な符号は「1I/2017 U1」(1I=1番目の恒星間天体)となりました。

観測班を驚かせたのはもう一点、天体の明るさが回転にともなって約10倍も変化したことです。これは極端に細長い、または極端に薄い形をしていることを示していました。当初は長さと幅の比が10:1ほどの「棒状」という解釈が有力でしたが、2019年にMashchenkoが光度変化を詳しく再現した計算では、棒状(1:8)の形が観測と一致する確率はわずか16%にとどまり、円盤状(1:6)の形のほうが91%の確率で観測によく一致すると報告されています。棒状か円盤状か、今も完全には決着していません。

観測:暗くなって消える前の、わずか数ヶ月間

オウムアムアが見つかったのは、太陽に最も近づいた地点(近日点)をすでに通り過ぎたあとでした。つまり発見された瞬間から、天体はどんどん遠ざかり、暗くなっていく一方だったのです。追跡できたのはごく限られた期間だけで、2018年の初めには地上の望遠鏡では追えないほど暗くなり、観測は終わりました。

この短い期間に、世界中の地上観測所と軌道上の観測機器が位置を精密に測定し続けました。Marco Micheliらはこの精密な位置データ(天体測位データ)を集め、重力だけで予測した軌道と実際の位置を比較する解析を行い、2018年に『Nature』誌で結果を報告しました。

一方、David Trillingらはスピッツァー宇宙望遠鏡を使い、2017年11月21〜22日に30.2時間にわたってオウムアムアを赤外線で観測しました。狙いは、天体から出ている熱やガスを直接検出することです。結果は検出ゼロ。この非検出から、天体の直径は440メートル未満という上限が導かれ、さらに二酸化炭素や一酸化炭素の放出量にも厳しい上限が課せられました。

結果:重力だけでは説明できない「押す力」があった

Micheliらの解析結果は明確でした。オウムアムアの軌道は、太陽や他の惑星の重力だけを考えたモデルでは説明できず、太陽からの距離の2乗(あるいは1乗)に反比例して弱まる、太陽から外向きの追加の加速を組み込むと、観測データにぴたりと一致したのです。この偏差の検出精度は30σ、つまり統計的なノイズでこの結果が出る可能性は天文学的に低い、という強さでした。

研究チームは、この追加加速の原因になりそうな候補を一つずつ検討し、太陽光の圧力(通常の密度の物体では弱すぎる)、大気や星間物質との抵抗、天体が強く磁化されていた場合の太陽風との相互作用、天体が実は複数の破片に分かれている場合の見え方のズレなどを、一つずつ除外していきました。残った中でもっとも物理的に無理のない説明は彗星のようなガス噴出の反動でしたが、ここに大きな矛盾が立ちはだかります。彗星なら当然見えるはずの、ガスやちりでできた尾(コマ)が、どれだけ探しても検出されなかったのです。

なぜこうなるのか:3つの仮説と、ひとつの脇道

「ガスは見えないのに、彗星のように加速した」という矛盾に対して、研究者たちはこれまでに複数の自然な説明を提案してきました。いずれも検証中で、決着はついていません。

① 水素氷の蒸発。Darryl Seligmanらは2020年、オウムアムアが水素分子(H₂)の氷を多く含んでいれば、目に見える尾を作らずに蒸発し、観測された加速を説明できると提案しました。2023年にはJennifer BergnerとSeligmanが『Nature』誌で、この水素は天体が星間空間を旅する約1億年のあいだに宇宙線を浴び続け、水の氷の中に閉じ込められて生まれたとする、より自然なシナリオを示しました。これは太陽系の彗星と似た、ごくふつうの「氷の天体の生き残り」という解釈です。ただし同じ2023年に、別のチーム(Hoangら)が水素が蒸発する際に周囲を冷やす効果を計算に入れると、十分な量の水素を供給できないと再反論しており、議論は今も続いています。

② 太陽光圧(ライトセイル仮説)。Shmuel BialyとAbraham Loebは2018年、天体がもし厚さ0.3〜0.9ミリほどの極端に薄いシート状であれば、ガスの噴出なしに、太陽光の圧力だけで観測された加速を説明できると計算しました。これは理論上成立する物理モデルというだけで、人工物であることを証明するものではありません。実際、同じ発想は自然現象にも応用されており、密度が極めて低い「フラクタル状」の塵の塊として、太陽系の外側で自然に形成された可能性も別の研究チームから提案されています。それでも、この仮説はメディアで大きく取り上げられ、「エイリアンの探査機ではないか」という推測が広がるきっかけになりました。

③ 潮汐破壊起源説という脇道。2020年、Yun ZhangとYoram Linは、オウムアムアがもともと大きな天体の一部で、別の恒星に接近しすぎた際の潮汐力(重力の差による引きちぎる力)によって破片として放り出されたのではないかと提案しました。この見方なら、極端に細長い形や、表面はかわいているのに内部に少量の水の氷を保っている理由も説明できるとされています。

この話、こう使える

オウムアムアの話が教えてくれるのは、「説明できない現象」に出会ったときの考え方です。天文学者たちがまずやったのは、太陽光の圧力、抵抗力、磁力との相互作用、彗星的な噴出など、ありふれた自然現象をひとつずつ丁寧に検討することでした。「人工物かもしれない」という仮説も物理学的には一応成立しますが、それは最後に、しかも検証可能な形で提示されたアイデアのひとつにすぎません。

日常のニュースや噂話に触れるときも、この順番は役に立ちます。驚くべき主張には、驚くべき証拠が必要という考え方です。意外な現象に出会ったら、まずありふれた説明から潰していく——この姿勢こそが、科学記事を読む楽しさの土台になっています。こうした「へぇ」と思える科学ネタをもっと読みたい方はサイエンスラボの記事一覧、気分転換したいときは英語の雑学・豆知識もどうぞ。

注意点:この研究の限界

• 本体はもう観測できない。 2018年初めに暗くなりすぎて追跡が終わり、二度と太陽系に戻らない軌道のため、再観測する手段はありません。すべての議論は、すでに集められた限られたデータの再解析にもとづいています。
• 形状すら論文間で一致していない。 棒状(1:8)か円盤状(1:6)かという基本的な形についても、2019年の光度変化の再解析では円盤状のほうが有力とされつつ、断定はできていません。
• 最新の仮説にも反論が出ている。 2023年の水素氷説は、同じ年のうちに別チームからの再計算で疑問が示されており、決着したわけではありません。
• サンプルは1個だけ。 恒星間天体として確認された例はオウムアムアを含めてごくわずかです。たった1個の特殊な天体から一般的な結論を導くのは早計で、今後の広域サーベイ観測で同種の天体が増えることが、仮説の検証を進めるうえで重要になります。

よくある質問

今日の3行まとめ

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参考文献

• Micheli, M., et al. (2018). Non-gravitational acceleration in the trajectory of 1I/2017 U1 (ʻOumuamua). Nature, 559, 223–226. 論文を見る
• Trilling, D. E., et al. (2018). Spitzer Observations of Interstellar Object 1I/ʻOumuamua. The Astronomical Journal, 156(6), 261. 論文を見る
• Bialy, S., & Loeb, A. (2018). Could Solar Radiation Pressure Explain ʻOumuamua's Peculiar Acceleration? The Astrophysical Journal Letters, 868(1), L1. 論文を見る
• Seligman, D., et al. (2020). Evidence that 1I/2017 U1 (ʻOumuamua) was Composed of Molecular Hydrogen Ice. The Astrophysical Journal Letters, 896(1), L8. 論文を見る
• Bergner, J. B., & Seligman, D. Z. (2023). Acceleration of 1I/ʻOumuamua from radiolytically produced H₂ in H₂O ice. Nature, 615, 45–48. 論文を見る
• Hoang, T. C., et al. (2023). Implications of Evaporative Cooling by H₂ for 1I/ʻOumuamua. The Astrophysical Journal Letters, 953(1), L17. 論文を見る
• Mashchenko, S. (2019). Modelling the light curve of ʻOumuamua: evidence for torque and disc-like shape. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 489(3), 3003–3021. 論文を見る
• Zhang, Y., & Lin, D. N. C. (2020). Tidal fragmentation as the origin of 1I/2017 U1 (ʻOumuamua). Nature Astronomy, 4, 852–860.