長い間、天文学者たちは若い星の周りの小さな原始惑星系円盤を観察しても、滑らかでほとんど空っぽの塵とガスの環しか見えなかった。大きな明るい円盤は以前から、惑星が生まれると考えられてきた環や隙間、空洞といった複雑な模様で人々を驚かせてきた。一方、コンパクトな系はあまりに単純に見えた。もしかすると、それらはそもそも別の進化をたどるのだろうか？それとも、ただ細部が小さすぎて見えないだけなのだろうか？
答えはチリのアタカマ砂漠からもたらされた。電波望遠鏡網ALMAは、アンテナを最も長く広げた配置で運用し、おおかみ座星形成領域にある11個の最も小さな円盤に目を向けた。観測は波長約0.9ミリメートルで行われた。角度分解能は0.02角秒に達し、これはおおかみ座領域の距離においておよそ2天文単位に相当する。地球から太陽までの距離の2倍である。まさにこうしたスケール、すなわち私たちの太陽系で地球や火星、小惑星帯が回っているのと同じようなスケールで、物語は展開する。
四つの円盤では、科学者たちは内部構造をはっきりと見て取った。恒星から十天文単位以内にあるリング、隙間、そして空洞である。さらに三つの系では、似たような細部の兆候が見つかった。特に印象的なのはSz 112系である。この系でALMAは、半径わずか1,6天文単位の中心空洞を分解した。これは知られている中で最も小さな遷移円盤であり、内部の空洞が地球の軌道と同程度の大きさを持つ天体である。
「長い間、小さな円盤は大きな円盤よりもずっと単純に見えていた」と研究を率いるピエトロ・クローネは指摘する。「私たちは、その違いの一部が、分解能の不足によって生じた単なる錯覚にすぎなかったことを示した」。わずか数天文単位しか離れていない細部が識別できるようになると、景色は一変する。
過去のALMAの観測との比較は、ある依存関係を裏付けた。円盤がよりよく分解されるほど、その中に構造が見つかる頻度が高くなるのだ。十分な細部で観測された天体のうち、半径3から10天文単位の極めてコンパクトな円盤では約44パーセントで、また10から30のものでは約55パーセントで、サブ構造が検出された。30単位より大きな円盤では、その割合はほぼ95パーセントに達する。つまり、以前は小さな円盤がその複雑さを「見せる間もなかった」にすぎないのである。
これらのリングや隙間は、単なる美しい模様ではない。原始惑星系円盤の中の塵の粒は絶えず角運動量を失い、恒星へと落下しようとする。障害物がなければ、ミリメートルサイズの粒は円盤がその寿命を全うするよりはるかに早く消えてしまうだろう。リングや隙間は、ガスの圧力の変動がトラップを生み出していることを示している。物質はそこでせき止められ、集中し、惑星が成長するための好条件を作り出す。
発見された隙間の一部が実際に形成中の惑星によって刻まれたものであるならば、それらの天体の質量はスーパーアースとミニ・ネプチューンの範囲に収まる。まさにそうした惑星は恒星の近くで最もよく見られ、そしてまさにそうした軌道でこそ、誕生の過程にある姿を「見る」ことがこれまで特に難しかったのである。
二つの円盤、Sz 73とSz 130は、さらにもう一つの驚きをもたらした。明るい内側の核の外側に、淡い外側のリングが見つかったのだ。おそらく、「微小な」系のいくつかは、実際には見えていたよりも広がっているのかもしれない。
これらすべてが一つの統一的な像を描き出す。大きな円盤とコンパクトな円盤は別々の世界ではなく、一つの連続体の一部なのだ。同じ物理的プロセスが、異なるスケールで働いている。かつてはただの空虚な空間としか見えなかったところに、今では隠された構造の痕跡が浮かび上がる。惑星はどうやら、これまでの観測が示していたよりもずっと恒星の近くで、その「住まい」を築き始めているらしい。
この研究の背後には、数百光年のかなたで地球の軌道ほどの大きさの細部を見分けることのできる、驚くべき装置の精度がある。そしてその背後には、宇宙がいかに複雑で調和しているかという認識がある。生まれたばかりの恒星の周りを渦巻く微小な塵とガスの雲には、すでに未来の世界が宿っている。どこか、私たちの太陽系の内側部分に匹敵する領域で、かつて地球の誕生をもたらしたのと同じプロセスが、まさに今進行している。宇宙はただ広大なだけではない——それは信じられないほど細部まで構造化されており、新たなまなざしのたびに、この壮大でほとんど信じがたい結びつきがより深く明らかになっていく。
