冥王星を越えた太陽系外縁部のどこかに潜んでいると考えられている「プラネット・ナイン」は、結局のところ惑星ではない可能性があることが、新しい研究で示唆された。

2016年に初めて提唱されたプラネット・ナイン仮説は、海王星の先にあるカイパーベルトの天体が太陽から引き離されているように見える異常な軌道を描いていることは、地球の最大10倍以上の質量を持つ未発見の第9惑星の存在によって説明できると主張している。それ以来、天文学者たちはプラネット・ナインを探し続けている。しかし、夜空のほぼ半分を捜索したにもかかわらず、今のところ見つかっていない。

結局の所それは存在するのか？存在するとしたら、一体それは何なのか？ハミルトン大学の物理学者Katherine Brown氏とケース・ウェスタン・リザーブ大学のHarsh Mathur氏による新しい研究によれば、我々が惑星の証拠と解釈しているものは、一般相対性理論で記述されている現在の重力モデルから何かが欠けていることの兆候である可能性がある。

9月22日付の『The Astronomical Journal』誌に掲載された新しい研究で、彼らは太陽系外縁部で観測された重力異常に対する別の説明を提案した。その代わりに、修正ニュートン力学（Mondified Newtonian Dynamics：MOND）として知られる重力の代替概念を適用すると、矛盾が完全になくなることを研究チームは示している。

修正ニュートン力学を適用した予期せぬ結果

ニュートンの第二法則では、物体を引っ張る重力は、物体とそれを引っ張る物体との距離に反比例する。しかし、MONDはこれを微調整し、ある距離を超えると、引力の強さは距離に正比例し、距離が大きくなっても引力の強さはそれほど急激に落ちないことを示唆している。このことは、天の川銀河のような渦巻き銀河の外縁にある星のように、大きな物体の周りを遠距離で回っている物体は、第二法則が示唆するよりも大きな引力を経験することを示唆している。

MONDによれば、カイパーベルトの天体は、未発見の惑星に引っ張られているのではなく、銀河系の残りの部分に引っ張られていることになる。

MONDは、予期せぬ自転曲線やレンズ効果など、通常の物質とは関係ないと思われる銀河の重力挙動を記述できるため、ダークマターの魅力的な代替案となっている。しかし、より小さなスケールではまだ研究されていない。

彼らの研究の最初の目的は、プラネット・ナインを説明する可能性としてMONDを “除外”することだったが、その結果に驚いた。この問題にMONDを適用したところ、完璧に問題が解決されたのである。

オハイオ州にあるケース・ウェスタン・リザーブ大学の理論物理学者である研究著者のHarsh Mathur氏は声明の中で、「MONDは銀河スケールの観測を説明するのに非常に優れています。しかし、MONDが太陽系外縁部に顕著な影響を及ぼすとは予想していませんでした」と、この予期せぬ結果に驚きを隠せないとしている。

NASAによれば、MONDはダークマター（宇宙の全物質の27％を占めるとされる、起源不明の目に見えない粒子）に代わるものとして1983年に初めて提案された。暗黒物質は、天文学者が恒星や惑星だけでは、観測された銀河の引力を説明できないことに気づいたときに生じた「ミッシング・マス問題」を説明するために提案された。しかしMONDは、もし遠くの天体がより大きな引力を経験しているのであれば、私たちが当初考えていたほど質量が欠けているわけではないことを示唆している。

しかし、MONDは宇宙に欠けている質量をすべて説明することはできず、ダークマター（暗黒物質）の存在を完全に否定することはできない。また、他の研究では、MONDを量子力学や相対性理論と調和させるためには、既存の理論に 特別なものを追加する必要があり、それらの追加には問題があることが示唆されている。

そして誰もがこの最新のプラネット・ナイン説に納得しているわけではない。

MONDは、プラネット・ナインについて近年出てきた唯一の代替説明ではない。一部の専門家は、仮説上の惑星は実際には周囲の天体を内側に引っ張っているミニ・ブラックホールであると提唱している。

しかし、MONDがプラネット・ナインの謎に対する答えになるかどうかは別として、研究チームは、MONDが我々の宇宙の近隣をさらに理解する上で果たすべき役割があると信じている。

「結果の如何にかかわらず、この研究は、太陽系外縁部が重力をテストし、物理学の基本的な問題を研究する実験室として機能する可能性を浮き彫りにしています」と、研究著者であるニューヨーク州ハミルトン大学の理論物理学者Katherine Brown氏は声明の中で述べている。

論文

• The Astronomical Journal: Modified Newtonian Dynamics as an Alternative to the Planet Nine Hypothesis

参考文献

• Hamilton College: Plot thickens in the hunt for a ninth planet

研究の要旨

海王星の外側にあり、短長軸が250天文単位を超えるカイパーベルト天体（KBO）の新しいクラスは、未発見の第9惑星の証拠として解釈されてきた軌道異常を示す。我々は、修正ニュートン力学（Mondified Newtonian Dynamics: MOND）として知られる修正重力理論が、確立された世俗近似を用いた異常の代替的な説明を提供することを示す。その結果、軌道の長軸は銀河系中心に向かう方向に揃い、軌道は位相空間内で集団化することが予想された。このように、暗黒物質を仮定せずに銀河の自転を説明できるMONDは、太陽系外縁部でも観測できる可能性がある。