太陽の化学組成に秘められた謎の異常【論文紹介】

2000年代以降、観測技術の発展によって、私たちの太陽は、類似の他の恒星に比べて元素組成に異常があることがわかってきました。このことは太陽系の惑星にとって何を意味するのでしょうか？今年の2月に発表された論文から、太陽系形成時のあるイベントと密接な可能性を持つことが指摘されました。 (目次) 0:00 太陽の組成異常 1:15 様々な仮説 1:49 仮説の弱点 2:17 新たな仮説の登場　 3:57 あとがき (参考文献) R.A. Booth & J.E. Owen, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vol. 493, 5079-5088 (2020) Fingerprints of giant planets in the composition of solar twins https://doi.org/10.1093/mnras/staa578 L. Maltagliati, Nature Astronomy 4, 314 (2020) Giant planets make it different https://doi.org/10.1038/s41550-020-1083-6 【画像素材】 NASA, JPL, Pixabay, SpaceEngine 【字幕説明】 観測技術の発展に伴って、およそ10年前から 私たちの太陽は、他の太陽に似た恒星と比較して 化学組成に異常があるのではないか、という議論が出てきました。 特に、難揮発性元素と呼ばれる、惑星の岩石に含まれる主要成分が 他の太陽類似星と比較して、約10%少ないことがわかってきたのです。 もし太陽の化学組成に異常があるとすると、 太陽系の惑星たちに与える影響も甚大なものがあります。 なにしろ、太陽の質量は、太陽系の惑星や小天体を全てかき集めた 質量よりも圧倒的に大きく、太陽の化学組成がほぼイコール 太陽系の化学組成と言っても過言ではありません。 太陽に組成異常があるということ、 しかもそれが岩石の主要成分の異常となると、 私たちの惑星も異常だということになり、重大な話になります。 当初は、観測の誤差なんじゃないかとか、サンプル数が足りないのでは、 といった指摘があり、疑いの目で見る研究者もいましたが、 観測データの蓄積によって、もはや無視できない状況になってきました。 太陽系の近くにある、太陽と似たような温度、質量、金属比 を持つ太陽の双子星たちと比較すると、観測誤差では説明できない、 明らかな組成異常が太陽にあったのです。 この10年間で、太陽の化学組成の異常を説明するために、 大まかに分けて３つの仮説が提案されてきました。 1. 岩石惑星の形成によって、太陽でなく惑星に岩石成分が濃集した 2. 太陽系以前の分子雲で、塵によって岩石成分が除去された 3. 銀河の化学進化に起因する、つまり銀河の内側で誕生したか、 外側で誕生したかで、星の平均的な元素組成が異なることが原因 の３つです。 特に１の岩石惑星が形成されることで、太陽から岩石成分が 不足したという仮説が有力だと考えられてきました。 しかしこの仮説には一つ大きな欠陥があることが近年わかってきました。 この仮説に従うと、岩石惑星を持つ太陽類似星は 必ず岩石成分が不足することになります。 しかし実際の観測結果は、多くの太陽類似星にも スーパーアースのような岩石惑星が存在することが明らかになったのです。 つまり、岩石惑星が形成されたことによって、 太陽から岩石成分が不足した、という説明が破綻したのです。 このような状況で、今年の4月2日にイギリスの王立天文学会月報に 掲載された論文が新しい仮説を提案しました。 この論文では、太陽の化学組成異常を説明するために、 従来の岩石惑星ではなく、木星と土星のガス惑星に着目します。 原始太陽系円盤で、ガス惑星が形成された場合と 形成されなかった場合で、円盤のモデル計算を行いました。 その結果、ガス惑星が形成された場合、ガス惑星の重力によって、 円盤の中にギャップ（隙間）が生じ、円盤の岩石成分が ギャップの外側に貯められて、太陽への集積が妨げられました。 一方、円盤のガス成分は、あまり影響を受けず、 太陽に効率よく集積しました。 これによって、円盤の中で、ガス成分だけが選択的に 太陽に濃集し、相対的に岩石成分が不足した、 というのが今回の論文が提唱する仮説です。 この仮説によって、実際に太陽の岩石成分が 10%不足することを定量的に説明できたと報告しています。 また、他の太陽類似星で岩石成分の不足が 確認されている星では、ガス惑星や遷移円盤が発見されていることから、 今回の仮説はそういった観測事実とも調和的だとのことです。 今回提唱された仮説は、もちろんまだ出たばかりですので、 今後の検証を待たなければなりませんが、 あのNature Astronomyがわざわざニュースにしていることからも、 太陽の組成異常を説明する有力な仮説の一つとなりそうです。 今後、他の太陽系形成モデル、例えば近年着目されている ”グランド・タック・モデル”などとの整合性を 確認する必要があるでしょう。 太陽の化学組成の異常が、惑星誕生時の秘密を解き明かす 重要な鍵となっていくかもしれません。 それでは、ここまでご視聴頂き ありがとうございました。 このチャンネルでは、研究者が自ら動画を作成し、 最新科学の情報を発信するという、 今までになかった新しい試みに取り組んでいます。 「面白いな」とか「応援してやろう」と思って頂いた方は、 チャンネル登録して頂き、今後も興味を持った内容の回だけでも ご視聴頂けると嬉しいです。 皆さんのご支援が、次回の動画を作成する時の、大きな励みとなります。 また、内容についてご意見がある方は、コメント頂けると幸いです。 どうそ、よろしくお願いします。 #惑星科学チャンネル #PlanetaryScienceChannel #行星科学频道