21の恒星の塵が、二つの衝突の歴史を示唆する理由

別の恒星系で若い天体同士がずっと前に衝突したとして、どんな衝突だったかをどう知ればよいのか。Space Science Instituteのケイト・スーらは、恒星の周囲に残る暖かい塵に痕跡を探した。極端なデブリ円盤21例のうち、8例はシリカが多く、13例は少なかった。The Astrophysical Journalに発表され、10月1日に米国の宇宙機関NASAのウェッブ計画広報チームが個人の記者名を示さず紹介した解釈では、二つの群を異なる衝突のシナリオに結びつけている。

デブリ円盤は、惑星形成の初期段階の後に恒星を公転する小さな破片の集まりだ。暖かい塵が非常に多く、明るさも大きく変わる円盤は「極端」と呼ばれる。その塵は人間の目には見えない赤外線を放ち、そのパターンは鉱物の種類や粒子の状態で変わる。チームは画像の中で惑星そのものを探す代わりに、波長ごとに測った光の強さというスペクトルの特徴を調べた。

標本はスピッツァー宇宙望遠鏡の記録にある5系と、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が観測した16系を合わせたものだ。ウェッブの16系のうち12系は新規観測、4系はスピッツァーの観測対象を追跡した。分析では、1マイクロメートル（1ミリメートルの1000分の1）より小さな粒子が多数見つかり、暖かい塵や不規則な明るさの変化も確認された。この組み合わせは、極端な円盤を、まだガスが豊富な惑星形成初期の円盤や、より一般的なデブリ円盤と区別する助けになる。

簡単に言えば、衝突の熱と激しさによって、破片に残る鉱物は変わりうる。ある種のガラスや岩石に含まれるシリカが、8例の円盤で目立った。チームのモデルは、岩石を蒸発させうる、火星ほどの大きさの天体同士による高エネルギー衝突と、この痕跡を結びつける。残る13例ではシリカが少なく、月ほどの大きさの天体同士による、より弱い衝突やかすめるような衝突と整合する。望遠鏡が測ったのは塵の光だ。推定される天体の大きさや衝突の種類は解釈であり、衝突を目撃して直接測った値ではない。

恒星の年齢も別の手がかりとなった。シリカの多い8例の円盤はすべて3億年未満の系にあり、少ない円盤はより古い系にも見られ、明るさの変化も大きいことが多かった。このため鉱物の痕跡は、大規模な衝突が岩石惑星の形成にいつ関わり、衝突が成熟した系をいつまで作り替え続けるかを調べる助けになりうる。この証拠から地球固有の歴史を再現することはできず、すべての系が両段階を通るとも示されていない。古い系をさらに集め、塵を繰り返し観測することで、年齢との関係が維持されるか確かめられる。