現在の太陽系外惑星の数—天文学者が他の星を周回しているのを発見した惑星の数– 312に立っています。それはたくさんの惑星です。しかし、どこを見ればよいかを正確に知っていると、助けになるかもしれません。太陽のような星の周りの塵の多い円盤のスーパーコンピュータシミュレーションを使用した新しい研究は、火星と同じくらい小さい惑星が、将来の望遠鏡が検出できるかもしれない塵のパターンを作成できることを示しています。この研究は、居住可能な惑星の探索における新しい道を示しています。 「他の星の周りの地球に似た惑星を直接画像化できるようになるまでにはしばらくかかるかもしれませんが、それまでに、惑星間塵に刻まれた華やかで美しいリングを検出できるようになるでしょう」と研究の主任研究者であるクリストファー・スタークは述べています。メリーランド大学カレッジパークで。
Starkは、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのGoddard宇宙飛行センターでMarc Kuchnerと協力して、火星の質量から地球の5倍までの範囲で、太陽のような星を周回する25,000個のダスト粒子が単一の惑星の存在にどのように応答するかをモデル化しました。ゴダードにあるNASAのThunderheadスーパーコンピューターを使用して、科学者たちはダスト粒子のサイズと惑星の質量と軌道距離を変化させる120の異なるシミュレーションを実行しました。
「私たちのモデルは、以前のシミュレーションの10倍の数の粒子を使用しています。これにより、リング構造のコントラストと形状を研究できます」とクフナー氏は付け加えます。このデータから、研究者らは、各パラメーターセットから生じる密度、明るさ、熱の特徴をマッピングしました。
「私たちの惑星を含む惑星系に大量のダストが含まれていることは広く認められていません」とスタークは付け加えます。 「私たちはその粉塵を私たちのために働かせるつもりです。」
彗星が太陽の近くで崩れ、あらゆるサイズの小惑星が衝突するため、太陽系のほこりの多くは木星の軌道の内側に形成されます。ほこりは日光を反射し、日の出前または日没後、くさび形の空の輝き（黄道光と呼ばれる）として見られることがあります。
コンピュータモデルは、重力や星の光を含む他の力に対するダストの反応を考慮しています。スターライトは小さな粒子にわずかな抵抗を及ぼし、軌道エネルギーを失い、星に近づきます。
「粒子は内側にらせん状になり、一時的に惑星との共鳴に閉じ込められます」とクフナーは説明します。共鳴は、粒子の軌道周期が惑星の3分の2や5分の6などの少数の比率であるときに発生します。
たとえば、塵の粒子が惑星を1つ完成させるたびにその星の周りを3つの軌道を描く場合、その粒子はその軌道の同じ点で余分な引力を繰り返し感じます。しばらくの間、この余分なナッジは、スターライトからの抗力を相殺し、ほこりが微妙なリング状の構造に落ち着くことがあります。
「粒子は星に向かってらせん状になり、1つの共鳴に閉じ込められ、そこから落下し、さらにらせん状になり、別の共鳴に閉じ込められます。」とクフナーは言います。数万の粒子に対する力の複雑な相互作用を説明するには、スーパーコンピューターの数学的馬力が必要でした。
一部の科学者は、大量のダストの存在が地球のような惑星を直接画像化するのに障害をもたらす可能性があると指摘しています。 NASAのジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（現在建設中で2013年に打ち上げ予定）などの将来の宇宙ミッション、および提案されている地球惑星ファインダーは、塵の多い円盤で近くの星を研究します。スタークとクフナーによって作成されたモデルは、天文学者に、他の方法では隠された世界の存在を示すダスト構造のプレビューを提供します。
「私たちのカタログは、他の人が惑星の質量と軌道距離、およびリング内の主要な粒子サイズを推測するのに役立ちます」とスタークは言います。
スタークとクフナーはその結果をThe Astrophysical Journalの10月10日号で発表しました。スタークは、彼の体外黄道塵シミュレーションの地図をオンラインで利用できるようにしました。
ソース：ゴダード宇宙飛行センター
