3I/ATLASが既知の彗星や小惑星とは異なる前例のない負の偏光を示す
初の偏光観測により、恒星間彗星3I/ATLASが太陽系天体として史上最も深い負の偏光を示すことが判明。太陽系とは根本的に異なる条件下で形成されたダスト粒子を示唆しています。
独特な光学的特徴
The Astrophysical Journal Lettersに発表された画期的な発見において、国際天文学者チームは、恒星間彗星3I/ATLASが位相角7°で最小値-2.7%に達する深く狭い負の偏光分枝を示し、反転角はわずか17°であることを明らかにしました。
この組み合わせは、小惑星や彗星(前回の恒星間訪問者2I/Borisovを含む)の中で前例がなく、3I/ATLASはこのような極端な偏光挙動を示す最初の天体として知られています。測定はESOの超大型望遠鏡のFORS2装置、北欧光学望遠鏡のALFOSC、RCC天文台のFoReRo2を使用して行われました。
この発見が驚異的な理由
研究チームは次のように説明しています。「負の偏光分枝の深さは、稀なF型小惑星や彗星核の約2倍です。3I/ATLASの反転角は特定の小さな太陽系外縁天体に似ていますが、その負の偏光は前例がありません」
この異常は、3I/ATLAS周辺のダスト粒子が、馴染みのある彗星から放出される粒子とは根本的に異なることを意味します。おそらく非常に細かい質感、層状構造、または太陽系とは大きく異なる環境で形成された組成を持つと考えられます。
彗星における光の偏光を理解する
太陽光が彗星のコマ内のダスト粒子に散乱すると、反射光は部分的に偏光します。つまり、電磁波が特定の方向に優先的に振動します。この偏光の程度と方向は、ダスト粒子のサイズ、形状、組成、構造に依存します。
小さな位相角(太陽、彗星、観測者の間の角度)では、ほとんどの彗星が「負の偏光」を示し、光は散乱面に対してより平行に振動します。位相角が増加すると、偏光は正に切り替わります。この切り替えが起こる角度を反転角と呼び、負の偏光の最小値の深さは粒子特性の診断となります。
偏光の最小値
彗星として測定された史上最も深い負の偏光。位相角7°で発生
反転角
異常に低い反転角。一部の太陽系外縁天体に類似しているが、負の分枝ははるかに深い
高偏光でも低偏光でもない:新しいクラス
太陽系の彗星は通常、2つの偏光カテゴリーに分類されます。高偏光彗星(浅い負の分枝と高い反転角)と低偏光彗星(中程度の負の分枝と低い反転角)です。これらのカテゴリーは、ダスト粒子の特性と組成の違いを反映しています。
3I/ATLASはどちらのカテゴリーにも当てはまりません。その偏光挙動は、恒星間彗星か太陽系に束縛された彗星かを問わず、既知のすべての彗星と大きく異なります。極端に深い負の偏光と低い反転角の組み合わせは、これまで観測されたことのない独特な光学的特徴を表しています。
他の天体との偏光比較
典型的な太陽系彗星
負の偏光: -1%〜-1.5% | 反転角: 18-22°
2I/Borisov(前回の恒星間彗星)
負の偏光: 約-1.2% | 反転角: 約21°(太陽系彗星に類似)
F型小惑星と彗星核
負の偏光: 約-1.4% | 反転角: 17-18°
太陽系外縁天体(Pholus)
赤い表面を持つ低い反転角、おそらく水氷を含む
3I/ATLAS(今回の発見)
負の偏光: -2.7%(前例なし) | 反転角: 17°(独特な組み合わせ)
ダストが明らかにすること
極端な負の偏光は、3I/ATLASのダスト粒子が異常な光学特性を持つことを科学者に示しています。いくつかの可能性が提案されています。
- 超微細粒子構造: 微視的スケールで典型的な彗星ダストよりも滑らかまたは粗い表面を持つ粒子
- 層状または複雑な構造: 複数の組成層または異常な内部幾何学を持つ集合体を持つダスト粒子
- エキゾチックな組成: 太陽系彗星では一般的でない物質混合物または鉱物集合体
- 形成環境の指標: 太陽系の原始惑星系円盤には存在しない温度、圧力、化学条件の痕跡
研究チームは、非常に小さな位相角では、偏光位相曲線の外挿勾配が特定の小さな太陽系外縁天体やケンタウルス族のPholusと一致することを指摘しています。これらは赤い、おそらく水氷を含む表面を持つことが知られています。これは、3I/ATLASが赤い表面組成を持つ可能性を示唆する分光学的証拠を独立して支持しています。
惑星形成への示唆
この発見は、3I/ATLASが太陽系の天体と比較して非常に異なる条件下で形成されたという増大する証拠に追加されます。2I/Borisovは多くの点で太陽系彗星に非常に似ていましたが、3I/ATLASは根本的な違いを明らかにし続けています。
3I/ATLASの主要な異常
- 1. 彗星の中で前例のない極端な負の偏光(-2.7%)
- 2. 2.9 AUの距離からの例外的な水の生成(水検出記事参照)
- 3. 太陽系外縁天体に類似した異常な赤色
- 4. 典型的な彗星のほぼ2倍の表面活動レベル(≥8%)
- 5. 太陽系より数十億年古い可能性のある年齢(推定70億年以上)
- 6. 非常に遠い恒星誕生領域からの起源を示唆する軌道
研究チームは次のように述べています。「この負の偏光の深さは、3I/ATLASのダストが太陽系とは非常に異なる条件の環境で形成されたことを示唆しています。おそらく、その親星系の温度、放射環境、または化学組成が、太陽の周りで形成された彗星では単純に見られない特性を持つダスト粒子を作り出したのでしょう」
観測キャンペーン
偏光観測は、世界で最も洗練された装置を使用して、近日点前に位相角範囲7.7°から22.4°で取得されました。
FORS2/VLT
ESO超大型望遠鏡の焦点レデューサー・低分散分光器、チリ
ALFOSC/NOT
北欧光学望遠鏡のアルハンブラ微光天体分光器・カメラ、ラ・パルマ
FoReRo2/RCC
RCC天文台の焦点レデューサー・ロシンカメラ
観測には、この前例のない挙動を明らかにするのに十分な精度で偏光位相曲線をマッピングするために、非常に慎重な測光較正と複数の観測エポックが必要でした。
近日点と継続的な研究
3I/ATLASは本日2025年10月29日に近日点(太陽への最接近)に到達し、距離は1.357 AU(2億300万キロメートル)でした。これは彗星の活動のピークであり、太陽の加熱が最も強く、ガス放出率が最大に達する時です。
近日点後の観測は、彗星の活動が進化するにつれて偏光特性が変化するかどうかを理解するために重要です。国際小惑星警告ネットワーク(IAWN)は、この独特な恒星間訪問者の天測追跡を改善するために、2025年11月27日から2026年1月27日まで実行されるキャンペーンを開始しました。
今後の観測期間
各恒星間訪問者は異なる物語を語る
これまでに発見された3つの確認された恒星間天体—1I/'Oumuamua、2I/Borisov、3I/ATLAS—は、それぞれが互いに劇的に異なることが証明されており、「典型的な」恒星間天体がどのようなものであるかについての私たちの理解に挑戦しています。
1I/'Oumuamuaは、検出可能なコマや尾がない著しく乾燥した天体で、未知の起源の非重力加速を示し、その性質について議論を巻き起こし続ける異常な細長い形状またはパンケーキ状の形状を持っていました。
2I/Borisovは安心感を与えるほど馴染み深く見えました。太陽系外縁部の彗星に似た一酸化炭素が豊富な「正常な」彗星でした。その発見は当初、恒星間彗星が私たち自身の彗星とそれほど異ならない可能性があることを示唆しました。
3I/ATLASは、その前例のない負の偏光、異常な距離からの例外的な水の生成、高い表面活動、太陽系には存在しない形成条件を示唆する複数の異常により、その仮定を打ち砕きました。
惑星系の多様性
研究チームは次のように説明しています。「各恒星間訪問者が前回のものと劇的に異なることが証明されているため、惑星系が驚くべき多様性の天体を生み出すことができることを学んでいます。3I/ATLASの極端な負の偏光は、他の星系の条件—温度、組成、放射環境、時間スケール—が太陽系近傍で見られるものとは根本的に異なる可能性があるという証拠に追加されます」
より多くの恒星間訪問者を発見し研究し続けるにつれて、それぞれが銀河全体で作用する惑星形成プロセスについての独特な手がかりを提供するでしょう。
科学論文とデータの入手可能性
完全な研究結果は、The Astrophysical Journal Lettersに掲載された査読済み論文「Extreme Negative Polarisation of New Interstellar Comet 3I/ATLAS」(arXiv:2509.05181)で入手可能です。論文は完全な偏光位相曲線、ダスト粒子特性の詳細な分析、既知のすべての太陽系および恒星間天体との比較を提示しています。
観測と分析は、複数の機関と施設にわたる天文学者による協調的な努力を表しており、太陽系を通過する短い期間にこれらの稀な恒星間訪問者を完全に特徴付けるために必要な国際協力を示しています。