太陽系外縁天体の特性、未知の惑星で説明

【2023年8月31日 近畿大学】

現在、太陽系で見つかっている惑星は8個だが、この数が約45億年前の太陽系形成時から同じだったかは定かではない。現在最遠の惑星とされる海王星の外側には、多数の小天体が集まったエッジワース・カイパーベルト（または単にカイパーベルト）と呼ばれる領域があるが、その形成過程に未知の惑星が関わった可能性がある。そして、その惑星は現在もカイパーベルトの彼方に潜んでいるかもしれない。

太陽系外縁部に存在する可能性がある未発見の惑星の想像図（提供：Fernando Pena D'Andrea）

近畿大学のPatryk Sofia Lykawkaさんたちの研究チームは、太陽系の形成直後から未知の惑星が存在すると仮定したシミュレーションにより、太陽系外縁天体の特性を説明しようと試みた。

海王星より遠方にある天体（TNO；Trans-Neptunian Objects）は、以下の4つの集団に分けることができる。

• その天体と海王星の公転周期が1:2や2:3などの簡単な整数比になる「平均運動共鳴」の位置に捕獲された、始原的であり安定した「共鳴TNO」
• 海王星の重力の影響が及ばない位置に軌道を持ち、近日点距離（太陽に最も近づいた時の距離）が60億km（40天文単位）を超える「離脱TNO」
• 45度以上の高い軌道傾斜角を持つTNOの集団
• 太陽系外縁天体の一つである「セドナ」のように、説明の難しい特異な軌道を持つ極端なTNOの集団

シミュレーションの結果、質量が地球の1.5～3倍、太陽からの距離が約300～750億km（または約300～1200億km）で、軌道が30度傾いた惑星があれば、こうした特性が説明できることが示された。

今回の研究からは、未知の惑星に加え、太陽から150億km以上離れた位置に近日点距離が大きい、もしくは大きな軌道傾斜角を持つ未知のTNOが存在し得ることも示唆される。そのようなTNOの集団は、カイパーベルト惑星の存在を観測的に検証する際の指標となりそうだ。

「太陽系の惑星数、惑星の定義、太陽系史における地球の位置づけ、そして太陽系内の仮説上新惑星の存在は、常に人類を魅了してきました。今回の研究から、太陽系に未発見の惑星および未知のカイパーベルト天体の存在が予想されたことで、望遠鏡を用いた国内外の観測調査が促進されると期待できます」（Lykawkaさん）。

上から見た、遠方に存在するカイパーベルトの軌道構造。（青）離脱TNO、（緑）高い軌道傾斜角を持つTNO、（黄）極端なTNO、（白）海王星との安定した共鳴にあるTNOを含む他のTNO、（赤）今回予想された未知の惑星（提供：近畿大学リリース、以下同）

横から見た、遠方に存在するカイパーベルトの軌道構造