天文学者、謎の「フォトンベルト」の解明に挑む
by ジョン・モース
2014年9月24日
天文学者によると、私たちの太陽系は、本来は存在しないはずの星間物質の雲を通過している。そして今、数十年前のボイジャー宇宙船が謎の解明に貢献した。
この雲は「ローカル・フラフ」と呼ばれている。NASAが本日発表した声明によると、その幅は約30光年で、水素とヘリウムの原子がかすかに混ざり合っている。約1000万年前に近くで爆発した星々がフラフを押しつぶすか吹き飛ばしたはずだ。
では、フラフをその場に留めているものは何だろうか？
「ボイジャーのデータを使って、太陽系のすぐ外側に強い磁場を発見しました」とジョージ・メイソン大学のNASA太陽物理学客員研究員であるメラブ・オーファー氏は説明する。「この磁場は星間雲（「フラフ」）をまとめ、それがそもそもどうやって存在するのかという長年の謎を解き明かします。」
フラフはこれまで誰も考えていなかったよりもはるかに強く磁化されています」とオーファー氏は言う。「この磁場は破壊に抵抗するために必要な余分な圧力を与えることができます。」
オーファー氏と同僚は、12月24日発行のネイチャー誌でこの発見の詳細を述べている。
NASAの2機のボイジャー探査機は30年以上太陽系から飛び出している。現在、冥王星の軌道を越え、星間空間に突入する寸前だ。1990年代、ボイジャー1号は宇宙で最も遠い人工物となった。
反対方向に進んでいるボイジャー探査機は、太陽系の周囲の泡が押しつぶされていることを、とりわけ明らかにした。
「ボイジャーは実際には局所フラフの中にいるわけではない」とオファー氏は言う。「しかし、近づいてきており、近づくにつれて雲の様子を感知できる」
フラフは太陽系の端のすぐ外側で太陽の磁場によって抑えられている。太陽の磁場は太陽風によって膨張し、幅 62 億マイル (100 億 km) を超える磁気バブルになっている。「ヘリオスフィア」と呼ばれるこのバブルは、銀河宇宙線や星間雲から太陽系内部を守っている。2 機のボイジャーは、太陽圏の最外層、つまり「ヘリオシース」に位置しており、そこでは太陽風が星間ガスの圧力によって減速される。
ボイジャー 1 号は 2004 年 12 月にヘリオシースに入った。ボイジャー 2 号は 2007 年 8 月に続いた。これらの横断は、新しい研究の重要なデータを提供した。
他の星間雲も磁化されている可能性があると、オファー氏らは考えている。そして、我々はそのうちのいくつかに遭遇するかもしれない。
NASAによると、「それらの強力な磁場は、太陽圏を現在よりもさらに圧縮する可能性があります。さらに圧縮されると、より多くの宇宙線が太陽系内に到達し、地球の気候や宇宙飛行士が安全に宇宙を旅する能力に影響を与える可能性があります。」
太陽系の端にあるリボン：太陽は100万度の星間ガスの雲に入るのでしょうか？
概要:
太陽はまもなく 100 万度の星間ガスの銀河雲に入るのでしょうか? 米国とポーランドの科学者チームは、NASA の小型探査衛星 IBEX によって昨年発見された高エネルギー中性原子の放射が強化されたリボンは、太陽が星間ガスのローカル クラウドとローカル バブルと呼ばれる非常に高温のガスの別の雲との境界に近づくことで生じる幾何学的効果で説明できると示唆しています。この仮説が正しければ、IBEX は太陽が 100 年以内に突入する可能性のある、隣接する高温の星間雲から物質を捕らえていることになります。
ポーランド科学アカデミー宇宙研究センター、ロスアラモス国立研究所、サウスウェスト研究所、ボストン大学の科学者は、NASA の小型探査衛星 IBEX によって昨年発見された高エネルギー中性原子の放射が強化されたリボンは、太陽が星間ガスのローカル クラウドとローカル バブルと呼ばれる非常に高温のガスの別の雲との境界に近づくことで生じる幾何学的効果で説明できると示唆しています。この仮説が正しければ、IBEX は、太陽が 100 年以内に突入する可能性のある、近隣の高温の星間雲から物質を捕らえていることになります。
IBEX が昨年取得したエネルギー中性原子 (ENA) の放出に関する初の全天マップには、リボンと呼ばれる驚くべき弧状の特徴が示されました。この驚くべき発見は、後に NASA によって、2009 年の宇宙探査で最も重要な発見の 1 つとして発表されました。この発見の直後、リボンを説明するために 6 つの仮説が提案されましたが、いずれも太陽圏またはその周辺で起こっているプロセスとの関係を予測するものでした。最近、ポーランドのワルシャワにあるポーランド科学アカデミー宇宙研究センターのスタン・グジェジエルスキ教授が率いるポーランドと米国の科学者チームが、Astrophysical Journal Letters に発表した論文で、異なる説明を提示しています。 「リボンが観測されるのは、太陽が私たちの星間ガスの局所雲と、非常に高温で乱流のある別のガス雲との境界に近づいているからです」と、Grzedzielski 氏は言います。
IBEX 検出器によって記録されるエネルギーの高い中性原子は、非常に高温の局所バブルから高速で移動するイオン (陽子) から、局所星間雲から「蒸発」する比較的低温の原子と電荷を交換するときに生まれます。新しく生成された ENA には電荷がないため、妨害する磁場を気にすることなく、誕生地点から直線的に自由に飛び出すことができます。その一部は地球軌道に到達し、IBEX によって検出される可能性があります。「リボン ENA が太陽圏の境界で生成された場合、誕生地点は比較的近く、わずか数百天文単位以内になります」と、論文の共著者の 1 人である SRC PAS の Andrzej Czechowski 博士は説明します。「私たちの仮説によると、それらははるかに遠くで生まれます。」
ポーランドと米国の科学者チームは、リボン ENA は、局所星間雲から近くの非常に高温で完全にイオン化されたガスの局所バブルに「蒸発」する原子間の電荷交換によって生成されると示唆しています。局所バブルはおそらく数百万年前に発生した一連の超新星爆発の残骸であり、したがって非常に高温 (少なくとも百万度ケルビン) であるだけでなく、乱流でもあります。局所雲との境界付近の局所バブル内の陽子は、中性原子から電子を奪い取ってあらゆる方向に逃げ、その一部は IBEX に到達します。
「私たちの仮説が正しければ、私たちは私たちのものとは異なる星間雲から発生した原子を捕らえていることになります」と、このミッションの共同研究者であり、ポーランドの IBEX チームを率いる Maciej Bzowski 博士は述べています。しかし、このような ENA 原子の生成は雲間の境界層全体で発生しているのに、なぜリボンが見えるのでしょうか。 「これは純粋に幾何学的な効果で、太陽が現在、雲の境界から 1000 天文単位以内のちょうど良い位置にあるために観測されるものです」と Grzedzielski 氏は説明します。「雲と雲の境界が平ら、または太陽に向かってわずかに突き出ている場合は、リボンの中心に向かって最も薄く、リボンの端が見える側面で厚く見えます。境界からさらに離れると、リボンは見えなくなります。なぜなら、すべての ENA が再イオン化され、ローカル クラウドの介在ガスに分散されるからです。」
ポーランドと米国のチームが開発したモデルは、局所雲と局所バブルの境界が、以前考えられていたように太陽から数光年以内ではなく、わずか1000天文単位以内、つまり1000倍近い可能性があることを示唆している。これは、太陽系が早ければ次の世紀にも100万度の局所バブル雲に入る可能性があることを意味しているかもしれない。「異常なことではありません。太陽は銀河の旅の途中で、さまざまな星間ガス雲を頻繁に横切ります」とGrzedzielski氏はコメントしている。そのような雲は密度が非常に低く、地球の実験室で得られる最高の真空よりもはるかに低い。一度入ると、太陽圏は再形成されて少し縮小し、磁気圏に入る宇宙放射線のレベルが少し上昇するかもしれませんが、それ以上ではありません。「おそらく将来の世代は、より強い放射線に対して宇宙機器をより強く強化する方法を学ばなければならないでしょう」とGrzedzielski氏は示唆している。
IBEXは、NASAの低コストで急速に開発された一連の小型探査機宇宙ミッションの最新版である。テキサス州サンアントニオのサウスウェスト研究所が、米国および海外のパートナーのチームとともにこのミッションを主導し、開発しました。メリーランド州グリーンベルトにある NASA ゴダード宇宙飛行センターは、ワシントン DC にある NASA 科学ミッション局のエクスプローラーズ プログラムを管理しています。