見知らぬ天体からの奇妙な光：最初の観測
2025年7月初旬に3I/ATLASとして知られる恒星間天体が初めて追跡されたとき、それは注目を集めるに十分なほど奇妙な挙動を見せました。7月21日に撮影されたハッブル宇宙望遠鏡の画像には、この天体の太陽に面した側で集中的な増光が確認されましたが、典型的な彗星の尾はほとんど、あるいは全く見られませんでした。広視野サーベイカメラによる検出や赤外線分光法の結果と組み合わされたこれら一連の画像は、恒星間天体の観測者や広く天文学コミュニティ全体を当惑させています。一部のコメンテーターによる最も単純な解釈は劇的なものです。つまり、この物体は自ら光を放っているように見えるというのです。しかし、ほとんどの研究者はその主張を暫定的なものとして扱い、まず別の問いを投げかけています。その輝きは本当に固有の放射なのか、それとも太陽光、ダスト（塵）、そして測定幾何学の結果として説明可能なものなのでしょうか？
科学者を困惑させる恒星間天体：4つの望遠鏡による観測の謎
いくつかの宇宙望遠鏡がこの謎の解明に寄与しています。ハッブル宇宙望遠鏡は、涙滴型あるいは太陽を向いた「繭（コクーン）」状の輝きという印象的な画像を捉えました。NASAのミッションであるTESS（トランジット系外惑星探索衛星）や赤外線サーベイ機器のSPHEREx、そしてジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、それを補完する測光データと分光法によるデータを提供しました。これらのデータセットは、3つの刺激的な事実を示しています。第一に、この天体は太陽光が弱い遠方の日心距離で活動を開始したこと。第二に、コマの中に二酸化炭素対水の比率が異常に高いこと。そして第三に、活動的な彗星の多くが見せる、ダストに富んだ長い尾を欠いていることです。
天文学者がこのような挙動をどのように検出し、特徴づけるかが重要になります。画像撮影は形態と明るさの変化を明らかにし、時系列測光は明るさが自転によるものか一時的なパターンに従っているかを追跡します。そして分光法は、反射された太陽光と、原子、分子、あるいは高温の物質から発せられる光子を分離します。SPHERExとJWSTは赤外線領域を観測し、高いCO2対水の比率を明らかにしたまさにその輝線やバンドといった分子シグネチャーを検出できます。一方で、ハッブルとTESSは高解像度の可視光画像と光度曲線を提供します。これらの観測機器を総合することで、その輝きが固有の放射なのか、あるいは幾何学的条件やダストの散乱によって増幅された反射効果なのかを検証するために必要な、クロスチェックされたデータが得られるのです。
科学者を困惑させる恒星間天体：「自発光」が意味するもの
物体が「自ら光を放つ」と言うとき、それにはいくつかの全く異なる物理的意味が含まれる可能性があります。一つの極端な例は熱放射です。天体自体が熱を持っており、内部熱源によって赤外線を放射しているケースです。もう一つは、輝線放射や蛍光です。太陽の紫外線や荷電粒子によって励起された分子や原子が、特定の特徴的な波長で光子を再放出する現象です。第三の可能性は、人為的または人工的なものです。つまり、過去の他の恒星間来訪者を巡る議論でも注目された仮説ですが、搭載された動力源が可視光を生成しているという可能性です。
これらの可能性を区別するには分光法が必要です。固有の熱放射は、温度とともにピーク波長が変化する滑らかな連続スペクトルを生じる傾向がありますが、蛍光や原子放射は、よく知られた波長で鋭い輝線を生じます。反射された太陽光は、吸収線によって修飾された太陽の連続スペクトルを伴います。そのため、天文学者は可視光から赤外線までの帯域にわたって天体のスペクトルを調べ、熱放射、分子蛍光、あるいは太陽光反射の決定的な証拠（指紋）を探し出します。スペクトルによる分離が明確になるまで、3I/ATLASが自ら光っているという主張は証明されないままです。
近くに恒星がない中で、いかにして光が生じるのか
恒星から離れた場所で、いかにして物体が光り得るのかと問うのは当然のことです。太陽は遠く、恒星間空間は極寒です。しかし、近くに輝く恒星がなくとも光を生じさせる、神秘的ではないメカニズムがいくつか存在します。彗星のアウトガス放出によって放出された分子が、太陽の紫外線に当たって蛍光を発することがあり、これにより尾を形成するダストがほとんどなくても、コマが「光っている」ように見える輝線が生じます。また、極めて小さいか、あるいは特異な形状をしたダスト粒子は、太陽光を観測者の方へ強く前方散乱させ、太陽側に明るいホットスポットを作り出すことがあります。さらに、希薄なプラズマ中での粒子相互作用などの高エネルギープロセスも、紫外線やX線帯域での放射を引き起こす可能性があります。
観測機器や幾何学的な影響も重要です。特定の位相角（太陽、天体、望遠鏡がなす角度）で天体を観測すると、ダストによる前方散乱を通じて、明るさが劇的に増幅されて見えることがあります。同様に、太陽に面した面からのコンパクトで鋭い反射は、画像検出器上では伸びた尾とは異なって記録されます。したがって、ある露出で「ヘッドライトのように」見える物体は、単に表面の集中した領域や小さく高密度のダストの雲から太陽光を反射しているだけかもしれません。
主要な説明とコミュニティ内での議論
天文学者はいかにして光が固有のものか検証するのか
自発光仮説の検証は、秩序立ててゆっくりと進められます。天文学者たちは、放射特徴がアウトガスに期待される形で進化するかどうかを確認するために時系列分光法を用い、散乱の原因となるダスト粒子のサイズと構造を推定するために偏光計測を行っています。熱赤外線観測では、高温の表面や内部熱を示す連続スペクトルのピークを探します。複数の位相角と波長での観測により、それぞれのメカニズムが異なる波長依存性と幾何学依存性を持つことを利用して、反射光と放射を分離することができます。
また、各チームは天体の光度曲線（数時間から数日間にわたる明るさの変化）を、自転、ジェット噴出、分裂のモデルと比較しています。もし物体が人工的に光を放っているならば、そのスペクトルや変化のパターンは、彗星のアウトガスやダスト散乱のモデルとは識別可能な形で異なるはずです。これまでのところ、ハッブル、TESS、SPHEREx、JWSTからのデータはパズルのピースを提供してはいますが、完全な全体像を描き出すには至っていません。
今後の展望と、なぜこれが重要なのか
特定の解釈を超えて、この出来事が重要なのは、それが科学的プロセスをリアルタイムで露呈させているからです。つまり、観測機器、モデル、そして健全な懐疑心がどのように組み合わさって、未知ではあるが自然な現象を、真に新しい物理学やテクノロジーから切り分けるのかを示しているのです。恒星間からの来訪者は稀な存在であり、その一つひとつが惑星形成や遠方の星系の化学について教えてくれます。3I/ATLASが風変わりな彗星であるにせよ、特異な性質を持つ断片であるにせよ、あるいはもっと奇妙な何かであるにせよ、それは天文学者たちに、次に現れる見知らぬ来訪者のための観測戦略を洗練させるよう促すことになるでしょう。
情報源
- 宇宙望遠鏡科学研究所（STScI） / ハッブル宇宙望遠鏡 観測データ
- NASA（ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、TESS、SPHEREx ミッションデータおよび解析）
- ハーバード大学（Avi Loeb氏によるコメント）
- 3I/ATLASについて報告している国際的な天文学プレプリントおよび観測チーム
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