画像クレジット：NASA
遠い星の周りのエイリアンの天文学者が4億5億年前に若い太陽を研究していたとしたら、彼らはこの無害な黄色の星を周回する新しく形成された地球の兆候を見たことがあるだろうか？スコットケニオン（スミソニアン天体物理天文台）とベンジャミンブロムリー（ユタ大学）によると、答えは「はい」です。さらに、彼らのコンピューターモデルによると、同じサイズの標識を使用して、地球サイズの惑星が現在、若い生命体を形成している場所を見つけることができます。
ケニオンとブロムリーによると、生まれたての地球を見つけるための鍵は、惑星自体ではなく、地球の（岩が多い）惑星形成の指紋である星を周回する塵の輪を探すことです。
「チャンスは、ほこりの輪がある場合、惑星があります」とケニヨンは言います。
良い惑星を見つけるのは難しい
私たちの太陽系は、若い惑星を周回する原始惑星系円盤と呼ばれる、ガスと塵の渦巻状の円盤から形成されました。同じ材料が私たちの銀河全体に見られるため、物理法則は、他の星系が同様の方法で惑星を形成すると予測しています。
惑星は一般的かもしれませんが、それらは微弱すぎて、はるかに明るい星に近すぎるため、検出が困難です。したがって、天文学者はその存在の間接的な証拠を探すことによって惑星を探します。若い惑星系では、その証拠は円盤自体に存在する可能性があり、惑星がそれを形成する塵の多い円盤にどのように影響するかについて存在します。
大きな木星サイズの惑星は強い重力を持っています。その重力は、ほこりっぽいディスクに強く影響します。単一の木星は、ディスクのリング状のギャップをクリアしたり、ディスクをワープさせたり、ボートの航跡のようにディスクにパターンを残す塵の集中した帯を作成したりできます。巨大な惑星の存在は、3億5000万年前の星ベガの周りの円盤に見られる伴流のようなパターンを説明するかもしれません。
一方、地球サイズの小さな世界では、重力が弱くなります。それらはディスクへの影響を弱め、存在の微妙な兆候を残します。 KenyonとBromleyは、ワープやウェイクを探すのではなく、光の赤外線（IR）波長での星系の明るさを確認することをお勧めします。 （私たちが熱として認識する赤外線は、可視光よりも波長が長くエネルギーが少ない光です。）
ほこりの多いディスクがある星は、ディスクがない星よりもIRで明るくなります。スターシステムが保持するほこりが多いほど、IRは明るくなります。ケニオンとブロムリーは、天文学者がIRの明るさを使用してディスクを検出するだけでなく、地球サイズの惑星がそのディスク内で形成されていることを通知することもできることを示しました。
「私たちは、ダスト生成とそれに関連する赤外線過剰の予想レベルを最初に計算し、地球型惑星の形成が観測可能な量のダストを生成することを初めて実証しました」とブロムリーは言います。
ゼロから惑星を構築する
惑星形成の最も一般的な理論では、「地面から」惑星を構築する必要があります。凝固理論によれば、原始惑星系円盤内の小さな岩のような材料が衝突してくっついています。何千年にもわたって、一度に一握りの雪を雪だるまにするような、小さな塊はますます大きくなります。やがて、岩だらけの塊は非常に大きくなり、本格的な惑星になります。
ケニヨンとブロムリーは、複雑なコンピュータープログラムを使用して惑星形成プロセスをモデル化します。彼らは、0.6マイル（1キロメーター）のサイズの10億個の遊星を持つ原始惑星系円盤を「シード」し、すべて中心星を周回し、システムを時間をかけて進めて、惑星がこれらの基本的な成分からどのように進化するかを確認します。
「シミュレーションを可能な限り現実的なものにしましたが、それでも妥当な時間で計算を完了しました」とBromley氏は言います。
彼らは、惑星形成プロセスが著しく効率的であることを発見しました。最初は、微惑星間の衝突は低速で発生するため、衝突するオブジェクトは合体して成長する傾向があります。通常の地球と太陽の距離では、1 kmのオブジェクトが100 km（60マイル）のオブジェクトに成長するのに必要な時間は約1000年です。さらに1万年で600マイルの直径の原始惑星が生成され、さらに10,000年以上成長すると1200マイルの直径の原始惑星になります。したがって、月サイズのオブジェクトはわずか20,000年で形成されます。
ディスク内の微惑星が大きく、より大きくなると、重力が強くなります。いくつかのオブジェクトが600マイルのサイズに達すると、残りの小さいオブジェクトを「かき混ぜる」ようになります。重力は、小惑星サイズの小さな岩塊をどんどん高速でパチンと打ちます。彼らは非常に速く移動するので、衝突したときに合体することはありません。彼らは粉砕し、激しくお互いを粉砕します。最大の原始惑星が成長し続けている間、岩の惑星の残りは互いにほこりに砕かれます。
「ダストは、惑星が形成されている場所に、その星から同じ距離で正しく形成されます」とケニヨンは言います。その結果、ダストの温度は、惑星が形成されている場所を示します。金星のような軌道にある塵は、地球のような軌道にある塵よりも熱く、星からの幼児の惑星の距離の手がかりを与えます。
ディスク内の最大のオブジェクトのサイズは、ダスト生成率を決定します。 600マイルの原始惑星が形成されたときのダストピークの量。
「スピッツァー宇宙望遠鏡はそのような塵のピークを検出できるはずです」とブロムリーは言います。
現在、ケニオンとブロムリーの地球惑星形成モデルは、金星の軌道から地球と火星のほぼ中間の距離まで、太陽系の一部のみをカバーしています。将来的には、水星と同じくらい太陽に近く、火星と同じくらい離れた軌道を含むようにモデルを拡張する予定です。
彼らはまた、海王星の軌道を越えた小さな氷のような岩の多い物体の領域であるカイパーベルトの形成をモデル化しました。次の論理的なステップは、木星や土星のような巨大ガスの形成をモデル化することです。
「私たちは太陽系の端から始まり、内側に向かって作業しています」とケニヨンはにやにや笑いながら言います。 「私たちはまた、かなりの方法でワークアウトしています。地球はカイパーベルトオブジェクトの1000倍の重さで、木星は地球の1000倍の重さです。」
「私たちの最終的な目標は、太陽系全体の形成をモデル化して理解することです。」 Kenyonは、コンピュータの速度が増加し続け、太陽系全体のシミュレーションを可能にしているため、10年以内に目標を達成できると推定しています。
この研究は、The Astrophysical Journal Lettersの2004年2月20日号に掲載されました。追加情報とアニメーションは、http：//cfa-www.harvard.edu/~kenyon/からオンラインで入手できます。
マサチューセッツ州ケンブリッジに本社を置くハーバードスミソニアン天体物理学センターは、スミソニアン天体物理天文台とハーバードカレッジ天文台の共同プロジェクトです。 CfAの科学者は、6つの研究部門に編成され、宇宙の起源、進化、究極の運命を研究しています。
元のソース：CfAニュースリリース
