褐色矮星の発見がもたらすもの

　　　東京大学理学部　　辻　 隆　

◆何故褐色矮星か？

　また，原始星のまわりにできると考えられている原始惑星系円盤の温度が下がってくると分子のみならず種々のダスト（塵）ができ，やがて大きく成長したダストが集積して惑星が誕生すると考えられている。一般に，惑星はこのようにダストから生まれると考えられているが，褐色矮星を含めて星はガスから直接生まれるとされている。これはどこまで本当であろうか？ また，木星の質量は太陽質量の0.1％(0.001M)であるが，このような巨大惑星と褐色矮星との境はどこにあり，実際に何が違うのであろうか？ そもそも我が銀河系に星は無数に存在するが，褐色矮星や惑星系は銀河系にどの程度存在するのであろうか？ これらのことが観測から明らかになれば，様々な質量の恒星，褐色矮星，惑星などの天体がどのようにしてどれだけ生まれるのかと云う現代天文学の根本的問題の解決に一歩近づくことができるであろう。

◆褐色矮星の探査

◆ようやく見つかった褐色矮星

　確実に褐色矮星を見つけたと云うには，冷却が進んで主系列星の限界光度 （6x10^-5L）以下となってしまった天体の存在を確認することが 最も確実である。1995年末になってようやくこのような 天体 Gliese 229B が中島紀氏らパロマー天文台のグループにより発見された。これは，質量の最も小さい赤色矮星の周りに，さらに暗い従って質量の小さな天体 −褐色矮星− が存在する可能性を考えて，コロナグラフの原理を応用して赤色矮星の付近で暗い天体を捜した結果発見されたものである。この星は距離の分かった赤色矮星の伴星なので，光度は 6x10^-6Lであることが分かるが，これは確実に主系列星の限界光度よりも暗い。さらに，この星のスペクトルにはメタンのバンドがはっきりと確認された。メタンは 有効温度が1,000K以下の高密度の星でのみ存在できるので，この天体の有効温度は1,000K前後であると推定された。これらのことから，この天体が正真正銘の褐色矮星であることはほとんど疑いない。

◆ 褐色矮星を如何にして調べるか？

　さて，褐色矮星のような低温高圧の大気では，H, C, N, Oなどからなる 揮発性の物質はメタン，水，アンモニアなどの分子ガスの形で存在するが， Fe, Si, Mg, Alなどからなる難溶性の物質は大部分コランダム(Al₂O₃)， 鉄(Fe)，シリケート(MgSiO₃) などのダストになっていると考えられる。ここで， ダストはガスと均一によく混合した状態で形成されると仮定する。このような大気が熱的及び力学的に平衡状態にあるとする理論モデルを作ってみると，熱力学的平衡のもとでは晩期M型矮星ですでにダストができ，褐色矮星になるとダストはますます重要となってくることが分かる。

◆ダストのもやに覆われた褐色矮星候補、GD165B

◆ダストの雲が漂う褐色矮星、Gl 229B

　このように，温度が比較的高いと考えられる GD165Bにはダストが存在するのに， 温度が低いと考えられる Gl 229Bには見かけ上ダストは存在せずメタンなどの揮発性ガスが多量に存在することが明かになった。このように，より低温の Gl 229B にダストが存在しないとすれば，これは熱力学に反することになる。 しかし，このことは，次のように解釈すればよいであろう。即ち，2,000K前後でダストができる場合は気相・固相は分離せず一様に混合した状態にあり，このようなダストとガスが大気全体を一様に覆い，そのためダストの強い吸収，散乱が支配的となる。これは正に褐色矮星候補 GD165Bの場合である。しかし，やや低温となるとおそらくダストの成長が進み気相・固相が分離する。この場合ダストは雲の形で存在し，その間隙から流出したメタンなどの揮発性ガスが大気上層を満たすため，ダストの効果は観測されないだけであろう。このモデルに 於けるダストの雲及び分子の高度分布を図３に示す。このように，正真正銘の 褐色矮星Gl 229Bではメタンガスのなかに鉄やシリケートのダスト雲が漂い，もしかしたら雨 −ただし水ではない！− も降るかもしれない。即ち，褐色矮星 Gl 229Bはすでに気象学の支配する世界である。

◆恒星と惑星のあいだ −褐色矮星学のすすめ −

　今後このような研究を発展させるには，褐色矮星や太陽系以外における惑星系がさらに多数見いだされることが是非とも必要であり，このためには特にＩＳＡＳが 21世紀初頭に打ち上げを予定しているＩＲＩＳ に期待するところが大きい。ＩＲＩＳは，中間及び遠赤外域で従来にない高い感度を持ち，さらに広域無差別の大規模探査を行う高い性能もつており，褐色矮星探査を最も有効に行うことができると期待される。また，これと相前後して完成するＳＵＢＡＲＵなどと併せて，褐色矮星などの微光天体の解明が進み，小質量星を含む星の誕生，惑星系の形成からダークマターの正体に至る天文学の基本的な問題に新しい光があてられることを期待したい。

（つじ・たかし)