銀河系を旅する彗星：太陽系の縁で起こっていること - Active Galactic : 11次元と自然科学と拷問的日常

図0. 富士山とパンスターズ彗星

パンスターズ彗星(C/2011 L4)が、おそらくその生涯でもっとも明るくかがやいている。ヤツはまだ日没直後の西空にいるので、運が良ければ(図0)のような光景を肉眼で観測できる。

図1. パンスターズ彗星の見え方

かの彗星はすでに70km/s (時速25万km) をこえて太陽系脱出速度に達しており、星図上の位置を刻々と変えている(図1)。すでに近日点を通過し、太陽系に対して露払いとなるヘラクレス座の方角に進路をとりつつある*1。あとはひんやりとした星の海にむかうだけだ。遠い未来、宇宙のどこにたどりつくか知らないが、もう太陽系には二度ともどってこない。

彗星、星の海を渡る

図2. 太陽系外縁部の構造
惑星の外縁にエッジワース・カイパーベルトと呼ばれるリングがあり(紫)、全体を包み込むようにオールト雲が存在している(暗灰色)。

彗星は氷が出来るくらい太陽から離れた涼しい場所で作られた微天体で、遠くはエッジワース・カイパーベルトやオールト雲からやってくると考えられるが(図2)、太陽系は閉じた系ではない。

太陽系の最外部は重力的拘束が弱い。何らかの拍子に太陽系から去っていく彗星があれば、逆に、他の恒星系から弾かれて何十億年という旅の果てに太陽系を通過する彗星もある。太陽系もメンバーに入れ替わりがあるのだ。*2

恒星系から弾きだされた彗星は、銀河系を相当数さまよっている。LINEAR計画による観測では1兆個/立方パーセク *3あたりが上限とされている。土星軌道くらいの範囲に1個以下という勘定になり、太陽とアルファケンタウリの間の空間だけで銀河系恒星数をこえるほどの彗星がうろついている。

銀河系を旅する彗星の特徴と、発見の状況

太陽系への来客を身内を見分ける方法はあるだろうか。

太陽系内を起源に持つ彗星は、離心率が1を大きくこえることはない(最高記録は1.058)。元々、太陽系にかるくトラップされていた彗星がちょっと軌道を乱された程度なので、最大でも太陽系からギリギリ脱出できる程度のエネルギーしかもっていない。近日点では猛スピードだが太陽系外縁部での速度はかなり遅くなる。楕円か、放物線みたいな軌道だ。

一方で、太陽系外からやってくる彗星は最初から太陽系との相対速度がけっこうある。太陽の重力を意識することなくまっすぐ飛んできて太陽近傍でカクンと折れ曲がる離心率の大きな双曲線軌道を描く(図3)。

残念ながら太陽系外からやってきたことが確実な彗星はまだ発見されていない*4。観測にかかるほど太陽に近接する頻度はそんなに高くないだろう。ただ、候補はいくらか存在しており、短周期彗星の96P/Machholz 1 などは、太陽系をちょっと通るだけだった彗星がたまたま木星によって手篭めにされた可能性が指摘されている。