東京大学や国立天文台などの研究チームは、太陽系外縁天体「（612533）2002 XV93」（以下、2002 XV93）に極めて薄い大気が存在することを発見した。この天体は海王星より外側を公転する直径約500キロメートルの小天体だ。観測には、東京大学木曽観測所の105センチシュミット望遠鏡と、望遠鏡が集めた光を高速撮影することのできる超高速広視野カメラ「トモエゴゼン」が用いられ、恒星のわずかな明るさの変化を精密に記録することができた。研究成果は5月5日付で科学誌『Nature Astronomy』電子版に掲載された。
太陽系外縁天体は太陽から非常に遠く、極低温の環境にある。このため活動性や変化はほとんどなく、小天体は重力も弱いため大気を保てないと考えられてきた。これまで太陽系外縁天体で大気が確認されていたのは直径約2377キロメートルの冥王星だけであり、今回が2例目となる。なお、太陽系外惑星では既に多くの大気が確認されているが、それらは「太陽系の外」にある別の惑星であり、今回の対象とは異なる。
また、直径5149キロメートルある土星の衛星タイタンなど大気を持つ大型衛星は存在するが、2002 XV93は海王星よりも外側に位置している。観測時点では冥王星よりも遠方にあり、「大気が観測された天体」としては太陽系最遠級の発見といえる。
同研究チームは2024年1月10日、2002 XV93が恒星の前を横切る「掩蔽」を日本国内3地点で観測した。このうち木曽観測所の観測では、恒星の光が約1.5秒かけて徐々に暗くなる様子が高精度で記録された。通常なら光は瞬間的に消えるが、徐々に暗くなったのは天体周囲の大気によって光が屈折したためと考えられる。解析の結果、大気圧は地球の500万～1000万分の1程度と推定された。主成分は冥王星など類似天体との比較に基づく推定から、窒素やメタン、一酸化炭素の可能性があるという。今回の発見は、小型外縁天体にも大気が存在しうることを示した点で重要だ。
また、2002 XV93のような小天体では、大気は長期間安定して存在できず、ガスが供給され続けなければ約1000年で宇宙空間へ失われると考えられる。そのため同研究チームは、内部からのガス放出や比較的新しい衝突によって、一時的に大気が形成された可能性を検討している。今後は、同様の掩蔽観測を他の太陽系外縁天体にも広げ、高速撮像装置を用いた国際共同観測を進める計画だ。これにより、外縁天体に大気がどの程度存在するのか、太陽系最外縁部がどの程度活動的なのか明らかになると期待されている。
画像提供：東京大学木曽観測所 （冒頭の画像は、大気が発見された太陽系外縁天体（612533） 2002 XV93 の想像図）