小惑星は主星が死ぬと崩壊する

天文学者が銀河系を観察すると、多くの恒星系が 2 つのタイプ、つまり生きているか死んでいるかのどちらかに分類されることに気付く。惑星を宿す健康な黄色や赤色の恒星は数多く存在し、私たちの太陽系とそれほど変わらない。そして、私たちの太陽の未来形とも言える「死んだ」白色矮星も存在する。その多くは塵、ガス、砕けた破片の円盤を特徴としている。死にゆく恒星はどのようにして最初の系を 2 番目の系に縮小するのだろうか。最近の研究によると、その一部は、次レベルの太陽光で小惑星を粉砕することによるという。

太陽がいつの日か赤色巨星に膨張し、水星と金星を丸呑みし、地球を焦がすとき、それは太陽系変革の第一歩に過ぎないだろう。太陽ははるかに大きくなるため、ランプをサーチライトに取り替えたように、現在よりも何千倍も多くの光が宇宙にあふれることになる。このエネルギーの豊富さの最も劇的な影響の1つは、小惑星を粉々に回転させることだと、王立天文学会月報の最近の発表は示唆している。この現象は、天文学者が白色矮星に落ち込む小型小惑星を多数観測する理由を説明できるかもしれない。

「太陽の1万倍の明るさの星が存在する場合、状況は異なり、はるかに激しいものになる」と、この研究の共著者である英国ウォーリック大学の天体物理学者ディミトリ・ベラス氏は言う。

白色矮星を惑星系として研究するのはまったく新しい分野であるが（研究者らは昨年、白色矮星を周回する惑星の証拠を初めて発見した）、天文学者たちは小惑星が小柄だが燃え盛る星に突入するという終末論をかなり前から推測してきた。太陽のような星が死ぬと、膨張し、その物質の多くを放出し、最終的には崩壊して、太陽のような質量を地球のような空間に押し込む。それによって強力な重力場が生まれ、星のより重い元素が中心に引き寄せられ、水素とヘリウムの純粋な大気が残る。「私は [白色矮星] を白紙の紙のように考えています」と、ウォーリック大学の天文学者マーク・ホランズ氏は言う。

鉄などの金属を多く含んだ汚れた小惑星が恒星に衝突して破片になると、白色矮星の光に特徴的な筋が目立つようになる。天文学者は、天の川銀河の死んだ恒星の半分から4分の1でこの筋を確認している。しかし、これらすべての小惑星を破滅に導いているのは何なのか？ ヴェラスの研究は、多くの小惑星を生み出す一因となった可能性のある、システム全体の大惨事を明らかにし、いくつかの洞察を提供している。「これは素晴らしい次のステップです」と、研究に直接関わっていないホランズ氏は言う。「なぜこれほど多くの小惑星が存在するのか、よりよく理解できるようになりました」

小惑星の運命は、光が岩石の天体と微妙に相互作用する方法にかかっています。太陽光線が小惑星を温めると、そのエネルギーは後に赤外線として放出され（熱視力ゴーグルが温かい人間を見つけることができるのを想像してください）、ごくわずかですが時間の経過とともに蓄積される反動を引き起こします。小惑星は奇妙な形をしているため、後に熱エネルギーを放出するときにさまざまな方向に反動が発生します。これらの反動がバランスを崩すと、小惑星は回転し始めます。これは、これを説明した科学者の姓であるヤルコフスキー、オキーフ、ラジエフスキー、パダックにちなんでYORP効果と呼ばれる現象です。

天文学者たちは、近くの小惑星がかなり控えめにYORP回転するのを観測してきた。しかし、太陽が超サイヤ人になると、すべてが変わる。ヴェラス氏の計算では、その余分な光はすべて、幅6マイル未満の小惑星を非常に速く回転させてバラバラにしてしまう。最も弱い小惑星は、2～3時間に1回転に達するとバラバラになり始めるとヴェラス氏は言う。停止状態からその速さで回転させるには、100万年かかるかもしれないと同氏は見積もっている。しかし、何十億年も平穏に生きてきたシステムにとっては、それは瞬きするほどのことだ。

一度割れると、残った小さな破片はさらに簡単に回転し、何度も何度も、どんどん速く割れる。私たちのようなシステムでは、多くの小惑星の最終的な残骸は、その構成物質である岩石や小石となり、その破壊は冥王星の軌道を越えて広がるだろう。「[小惑星]ベルトは、おそらく至る所でYORPによって引き起こされる破壊を経験するでしょう」とベラスは言う。

2014 年の以前の研究で、ヴェラス氏はこの現象の基本を概説したが、最近の研究ではさまざまな小惑星の組成を取り上げている。宇宙の岩石は、ばらばらの瓦礫の山から、しっかりとくっついた岩、鉄の固まりまで、その固さはさまざまだが、最も強くくっついた岩だけが太陽系の終焉を生き延びたようだ。「この研究で示されたのは、赤色巨星の段階では、小惑星は実際には何が起こるかにあまり影響を及ぼさないということです」とホランズ氏は言う。

新たな研究では、YORPocalypse によって小惑星のペアが多数生成されることも指摘されている。小惑星のペアでは、1 つの小さな破片が大きな破片の周りを回るという、軌道上の珍しい現象が発生する。しかし、これらの双子は長くは続かない。さらなる自転によって、小惑星は崩壊し続けるからだ。

この研究は、太陽系の未来の激しい出来事を垣間見る機会を与えてくれるだけでなく、遠く離れた白色矮星の大気を観察することでその歴史を読み解く研究者の能力を強化するものでもある。天文学者たちは、これらの恒星が近づきすぎた小惑星を粉々に砕く様子を観察し続けているが、岩石が生き残ったか、あるいは屈したYORP時代の状況をより深く理解することで、研究者は誕生から死に至るまでのそのライフサイクル全体を理解できるようになるとヴェラス氏は言う。