ハウメアは岩石の心臓を隠している

海王星の外側には、いくつかの氷の準惑星が公転している。それらは長いあいだ冷たく死んだ世界と見なされてきた。だが探査によって、そのうちのいくつかが活動的であることがわかり、心をくすぐる疑問が生まれた。これらの天体は、氷の下に液体の水の海を隠している、あるいはかつて隠していたのではないか。答えるには内部を見る必要があるが、内部を直接測定できた例はきわめて少ない。

ハウメアはこの仲間の中の変わり者だ。約3.9時間で自転しており、あまりに速いため、その形は細長い楕円体に引き伸ばされている。表面はほぼ純粋な水の氷だ。環をもち、太古の衝突でできた破片の一族があり、ヒイアカとナマカという2つの衛星がある。そのため、内部にあるものの重さを量るには最適の候補となっている。

衛星を通して内部を読む

自転する天体は扁平になり、その扁平さは重力の中にJ₂と呼ばれる項として現れる。J₂は衛星の軌道をゆっくりと歳差運動させる。その値は、内部で質量がどう分布しているかによって決まる。

J₂ M R² = C − ½ (B + A)

ここでA、B、Cは天体の慣性モーメントである。衛星から測ったJ₂と、ハウメアが恒星の前を通過したときに測った外形とを比べれば、質量が均等に広がっているのか、中心に集中しているのかがわかる。

セントラルフロリダ大学のベンジャミン・プラウドフット(Benjamin Proudfoot)らは、ヒイアカとナマカを撮影した約20年分のハッブルの画像(2026年の新たな観測3回を含む)と、ハウメアとナマカの両方をとらえた2025年の恒星掩蔽とを組み合わせた。そして18個の自由パラメータをもつ力学モデルを当てはめた。検証として、導き出した軌道面は、独立に測定されたハウメアの環の面と一致している。

一様な天体にしては扁平さが足りない

当てはめの結果、ハウメアの質量は約3.9 × 10²¹ kg、そして初めて精密にJ₂ = 0.143(± 0.025)と求められた。同じ形の一様なハウメアなら、J₂は約0.22から0.26の間になるはずだ。形、質量、自転をあわせて考えると、一様なモデルは3シグマを超える確度で棄却される。

つまりハウメアは分化している。氷に富むマントルの下に、密度の高い岩石の核があるのだ。著者らは、これを大型の太陽系外縁天体における分化の、力学的に決定的な初めての確認だとしている。

形とJ₂の両方に合う2層モデルはすべて、核の密度が1立方メートルあたり2,500〜3,500 kgの間にある。一例として、約1,000 × 840 × 525キロメートルの天体の中に、約800 × 690 × 450キロメートルの核があるモデルが挙げられる。ほかにも多くのモデルが当てはまる。

水に濡れた過去

この密度は含水岩石、つまり水によって変質した岩石に一致する。こうした反応は約273ケルビンより上でしか進まないため、ハウメアの内部では、ある時点で大量の水が液体だったはずだ。地下の海として存在していた可能性もある。著者らが引用する熱モデルは、その海が現在まで残ることはできなかったことを示唆しているが、彼らはこの点をもっと詳しく調べる価値があると考えている。核そのものは今でも700 Kを超える高温だろう。

一つ謎が残る。ハウメアと同程度の大きさのマケマケ、そしてエリスは、表面にメタンを示しており、それはこうした岩石と水の化学反応に由来するのかもしれない。ハウメアにはメタンが見られない。議論されている説明としては、壊れた衛星に由来する薄い氷の層が表面を覆っているという説や、メタンが表面にまで届かなかったという説がある。

データはまた、証明には至らないものの、ハウメアの形が「化石」である可能性、つまり今より速く自転していた頃に凍りついた形である可能性をほのめかしている。より良い掩蔽観測(2026年5月を狙ったキャンペーンもあった)と衛星のさらなる追跡で、決着がつくはずだ。一方でチームは、より大胆な教訓を引き出している。海王星の外側にある直径1,000キロメートルを超える天体の多くは、おそらく内部が溶け、やはり液体を抱えていたのだ。