fc2ブログ

太陽系外惑星「LHS 3154 b」

Posted by moonrainbow on 25.2023 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
恒星に対して重すぎる太陽系外惑星「LHS 3154 b」を発見

20231220-00010002-sorae_jp-001-1-view.jpg
惑星LHS 3154 bは地球より大きく、恒星LHS 3154は太陽より小さいため、惑星と恒星の大きさにはあまり差がありません。大きさのスケールは正しいですが、距離のスケールは正しくないことに注意

惑星の形成に関する従来の考え方では、小さな恒星ではあまり大きな惑星は形成されないとする考えが主流です。しかし、プリンストン大学のGuðmundur Stefánsson氏などの研究チームが発見した太陽系外惑星「LHS 3154 b」は、その考えに疑問を与える存在となります。LHS 3154 bは小さな恒星に対して大きすぎる惑星で、従来の理論では存在しないはずの惑星であり、LHS 3154 bの発見は惑星形成論に限界があることを示しています

■重すぎる太陽系外惑星「LHS 3154 b」

ガスや塵が重力で集まり、中心部で恒星が誕生する現場では、その周りに「原始惑星系円盤」という円盤ができます。この円盤内部でも大きな塊が生じると、やがて惑星となります。

これまでの惑星科学の研究によれば、質量の大きな恒星を生み出すには質量の大きな原始惑星系円盤が必要であり、かつ質量の大きな原始惑星系円盤からは質量の大きな惑星が形成されやすい、と考えられてきました。つまり、恒星の大きさと惑星の大きさには、ある程度の相関関係があることになります。

しかしStefánsson氏らの研究チームの発見は、これに異を唱えるものとなります。Stefánsson氏らが発見したのは、地球から見て「ヘルクレス座」の方向に約51光年離れた位置にある恒星「LHS 3154」の周りを公転する「LHS 3154 b」です。LHS 3154 bはペンシルベニア州立大学の天文台に設置された分光器「ハビタブル・ゾーン・プラネット・ファインダー (Habitable Zone Planet Finder)」を使用して観測が行われました。

LHS 3154 bはLHS 3154の周りを約3.72日周期で公転しています。その質量は地球の約13.15倍であり、海王星に匹敵します。しかし、LHS 3154はM型星であり、太陽と比較して直径は約0.14倍、質量は約0.11倍と極めて小さいものです。惑星LHS 3154 bは、恒星LHS 3154に対して約2900分の1の質量しかありません。これは小さな恒星の中では、最も恒星に対する質量比が高い惑星の1つです


■LHS 3154 bの形成には重すぎる原始惑星系円盤が必要

LHS 3154 bは恒星に対して大きすぎる惑星であり、従来の惑星形成論では説明のつかない存在です。従来の惑星形成論でLHS 3154が持つと予測される原始惑星系円盤の大きさでは、LHS 3154 bのような海王星に匹敵する質量の惑星は形成されません。Stefánsson氏らはシミュレーションを通じて、予想より10倍も重い原始惑星系円盤を仮定しなければ、LHS 3154 bは形成されないと示しました。

これほどの食い違いは、従来の惑星形成論に何か重大な欠陥が存在することを示唆しています。LHS 3154 bの発見は、惑星形成論を改善する上での極端なテストケースの1つになるだろうとStefánsson氏らは考えています


Source
Guðmundur Stefánsson, et al. “A Neptune-mass exoplanet in close orbit around a very low-mass star challenges formation models”. (Science)

2023年12月20
sorae 宇宙へのポータルサイトより

恒星「HD110067」に「六つ子」の惑星

Posted by moonrainbow on 02.2023 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
「六つ子」の惑星を発見 誕生以来、軌道安定か 東大など

20231130-00000003-jij-000-11-view.jpg
東京大などが参加する国際共同研究チームが発見した六つの惑星の軌道図。公転周期の比率が簡単な整数比となっており、内側から2番目の惑星の1周を基準にすると、最も内側の惑星は1周半、6番目の惑星は4分の1周するという(ベルン大学Hugh Osborn博士提供)

 東京大などが参加する国際共同研究チームは30日、地球から約100光年離れた恒星の周囲を回る六つの惑星を発見したと発表した。いずれも隣り合う惑星同士の公転周期の比が簡単な整数比になっており、惑星系の形成過程を知る手掛かりになるという。論文は同日、英科学誌ネイチャーに掲載された

 東京大の成田憲保教授らは、太陽系外にある惑星(系外惑星)の観測を行う米航空宇宙局(NASA)の惑星探査衛星「TESS」などを使い、かみのけ座の方角にある恒星「HD110067」を観測。惑星が恒星の前を通り過ぎる際の減光の幅や周期などから、三つの惑星を発見した。公転周期は内側から9.11日、13.67日、20.52日で、内側とすぐ外側の惑星の公転周期の比はいずれも2対3だった。

 こうした関係は、惑星同士の重力の相互作用によって生じることから、研究チームは四つ目以降の惑星の公転周期を推測。地上望遠鏡のデータを加えるなどして分析を進めた結果、30.79日(2対3)、41.06日(3対4)、54.77日(同)で公転する惑星が見つかった。 

 この恒星の年齢は80億年程度と太陽より古いとみられるが、公転周期の関係が保たれていることから、誕生以降、惑星同士の衝突や巨大惑星の移動など大きな影響を受ける現象はなかったと考えられるという


2023年11月30日
時事通信より

系外惑星WASP-107b

Posted by moonrainbow on 27.2023 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
200光年先に砂の雨降る惑星 「重大な節目となる」発見

main_image_7aefed52495e3fc94917982252aaf9a5de9e0c87.jpg
系外惑星WASP-107bとその主星の想像図(Klaas Verpoest, Johan Van Looveren, Leen Decin)

太陽系からわずか200光年の距離に、砂の雨が降り、擦ったばかりのマッチのにおいがする惑星が存在することが、米航空宇宙局(NASA)のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)の観測データから明らかになった

おとめ座にある系外惑星「WASP-107b」は巨大ガス惑星で、質量は海王星と同じくらいだが、サイズははるかに大きい。科学者らから「ふわふわ」と呼ばれるほど低密度なため、大気の深部まで見通すことができる。今回の観測では、水蒸気、二酸化硫黄、ケイ砂(二酸化ケイ素の砂)の雲が発見されたが、メタンの痕跡は見つからなかった。メタンは、系外惑星の生命探査で極めて重要な生命存在指標と考えられている

■重大な節目

科学誌ネイチャーに掲載された、今回の研究をまとめた論文の主執筆者で、オランダ・ルーベンカトリック大学天文学研究所教授のリーン・デシンは「JWSTのMIRI(中赤外線観測装置)により、このふわふわな系外惑星で水と二酸化硫黄、砂の雲が見つかったことは、重大な節目となる」と話す。「この発見は、惑星の形成と進化に関する理解を塗り替え、太陽系に新たな光を投げかけている」

MIRIは、惑星を赤外線で観測し、光を構成色に分解する分光器を備えている。これにより、光を分析して、特定の気体や化学物質の明確な兆候を発見することができる。WASP-107bは、ふわふわな性質を持つため、より高密度の系外惑星に比べて、この観測がはるかに容易にできた。大気の密度が低いと、信号(スペクトル特性)がより目立つからだ


■大きな驚き

擦ったマッチのにおいがする有毒ガスである二酸化硫黄の発見は、研究チームにとって「大きな驚き」だった。だが、二酸化硫黄と水蒸気の痕跡が、予想よりも弱かったことから、WASP-107bには、これらを遮っている高層雲があることが明らかになった。高層雲の温度は500度だ。さらに研究チームは、系外惑星天文学史上初めて、高層雲の化学組成の同定に成功した。高層雲は、小さなケイ酸塩粒子、すなわち砂でできていることが分かった

地球の水循環に似たWASP-107bの「砂」循環
論文の主執筆者で、オランダ宇宙研究所(SRON)のシニアサイエンティスト、ミキール・ミンは「砂の雨滴は、より深部の非常に高温な層で蒸発し、その結果として生じるケイ酸塩の蒸気は効率的に上部へ戻り、そこで再凝結して再びケイ酸塩の雲を形成する」と説明する。「これは地球上の水蒸気と雲の循環に非常に似ているが、雨滴は砂でできている


■トランジット法

NASAによると、WASP-107bは主星の公転軌道を1周するのに5.7日かかり、主星からの距離は0.055AU(AU=天文単位)で、地球と太陽の距離の5%となっている。2017年にトランジット法を用いて発見された。惑星が恒星の前を横切る際の、星の光のわずかな減光を検出する手法だ。地球の観測者の視線が、恒星系内の系外惑星を側面から捉える場合にしか有効ではないが、これまでに発見されている系外惑星全体の約3分の2は、この方法で見つかった。

「JWSTは系外惑星の特性解析に大変革をもたらしており、これまでにない知見を驚くべきペースで提供している」と、デシンは指摘した


2923年11月23日
Forbes JAPANより

木星型巨大ガス惑星「WASP-17 b」

Posted by moonrainbow on 28.2023 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
「水晶の雲」を持つホットジュピター発見、ウェッブ宇宙望遠鏡による観測

main_image_974b39a9a6490cab98fd8139d6b2b83df5c474fe.jpg
灼熱の巨大ガス惑星(ホットジュピター)「WASP-17 b」の観測データに基づく想像図(NASA, ESA, CSA, and R. Crawford (STScI))

地球から1300光年の距離にある太陽系外惑星で、ホットジュピターと呼ばれる木星型巨大ガス惑星「WASP-17 b」の高層にある雲に、石英(水晶、二酸化ケイ素[SiO2]結晶)が含まれている証拠が、米航空宇宙局(NASA)のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)を用いた観測で発見された。地球上では一般的なこの鉱物が系外惑星で見つかったのは、JWSTのMIRI(中赤外線観測装置)による今回の観測が初めてだ

ケイ素と酸素が豊富に含まれるケイ酸塩鉱物は、地球や月に加え、太陽系にある他の岩石天体の大部分を構成している。かんらん石や輝石などのマグネシウムに富むケイ酸塩は、隕石や小惑星に多く含まれており、銀河系全域にある塵(固体微粒子)の雲や、系外惑星や褐色矮星の大気中などで検出されているが、純粋な結晶形態のSiO2である石英はこれまで見つかっていなかった。

今回の研究をまとめた論文の筆頭執筆者で、英ブリストル大学の研究者デービッド・グラントは「私たちはワクワクした!」と話す。「ハッブル宇宙望遠鏡の観測から、WASP-17 bの大気中にエアロゾル(雲や靄を形成している微粒子)が存在するに違いないことはわかっていたが、それが石英でできているとは誰も予想していなかった」

体積が木星の7倍以上で、質量が木星の2分の1足らずのWASP-17 bは、現在知られている最大級かつ最も低密度な系外惑星の1つだ。さらに、公転周期がわずか3.7日と短いため、透過分光法による観測に適した惑星となっている。これは、惑星大気が星の光に及ぼすフィルター効果と散乱効果を測定する観測技術だ。

惑星大気中で主星の光を遮っているのは「石英」の雲
ウェッブ望遠鏡はWASP-17恒星系を10時間近く観測し、惑星が主星の前を横切る際に、波長5~12ミクロンの中赤外光の光度測定値を1275回以上収集した。惑星が主星の前にある間に望遠鏡に届いた個々の波長の光の光度を、主星が単独の時の光度から差し引くことで、惑星大気で遮られる各波長の光の量を算出できた。

その結果、波長8.6ミクロンに予想外の「こぶ」が現れた。この特徴は、雲がケイ酸マグネシウムや、その他の考えられる高温エアロゾル(酸化アルミニウムなど)でできているとして予想されるものではなく、石英でできているとすれば完全に理解できる。

この石英は、地球のジオード(晶洞)内や宝石店で見られる先端のとがった六角柱に形が似ているかもしれないが、1つ1つの直径はわずか約10ナノメートル(100万分の1cm)だ。

地球上の雲に含まれる鉱物粒子とは異なり、WASP-17 bの雲の中で検出された石英結晶は、岩石質の表面から吹き上げられたものではない。大気自体に由来するものだ。

「WASP-17 bは、約1500度と極めて高温で、大気上層部で石英結晶が形成される領域の圧力は、地球表面の圧力の約1000分の1しかない」と、グラントは説明する。「このような条件では、最初に液相を経ることなく、気体から直接、固体結晶が形成される可能性がある」

平均表面温度がより低い地球では、同じ物理過程に基づき、水蒸気が直接、氷晶(氷の結晶)に変化し、雪片や霜を形成する可能性がある


論文の共同執筆者で、同じくブリストル大のハンナ・ウェイクフォードは「この美しいシリカ結晶は、さまざまな物質の何がどれだけの量存在して、それらすべてがどのように集まってこの惑星の環境を形作っているかを、私たちに教えてくれる」と説明した


ダイヤの雨に鉄の雪も、さまざまな惑星の物質循環

雲が何でできているかを把握することは、惑星を全体として理解するために非常に重要だ。WASP-17 bは潮汐ロックの状態にあり、常に一方の半球面を主星の方向に向けている。それにより、非常に高温の昼の側と、より低温の夜の側ができることで、惑星の周囲に石英の雲の連続的な発生を促している可能性が高い。

WASP-17 bの夜の側では、気温がSiO2の融点より下がるため、水晶でできた雲が形成される。昼と夜の2つの半球の間の極端な温度差によって引き起こされる強風で、水晶が夜側からより高温の昼側に運ばれ、そこで再び蒸発する。

今回の発見は、惑星大気中に結晶体からなる雲が存在する可能性を高めている。

海王星や天王星の物理的状態と化学組成についてわかっていることに基づき、巨大氷惑星の下層ではダイヤモンド結晶の雨が激しく降り続いているとする説を、研究者らは提唱している。

コンピュータシミュレーションに基づくと、みずがめ座にある橙色矮星(K型主系列星)の主星に近い軌道を公転する地球サイズの系外惑星「K2-141 b」は、マグマの海に覆われ、鉄やナトリウム、マグネシウム、カリウムなどの結晶でできた「雪片」が空から降っている可能性が高い。

今回の研究をまとめた論文「JWST-TST DREAMS: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b」は、学術誌The Astrophysical Journal Lettersに2023年10月16日付で掲載された。追加資料とインタビューは、Laura BetzとChristine PulliamがNASAのサイトnasa.govに掲載したものだ


2023年10月23日
Forbes JAPANより

恒星系「トラピスト1(Trappist-1)」

Posted by moonrainbow on 22.2023 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
「太陽系2.0」トラピスト1の岩石惑星 ウェッブ望遠鏡による観測結果

main_image_54c2f53a62060520dc9b6a53c1fde58f51fe6aef.jpg
みずがめ座にある恒星系トラピスト1にある惑星「トラピスト1f」の表面の様子を描いた想像図(NASA/JPL-Caltech)

41fe76321bb739cd60bc7a01e898b6cd16376fa4.jpg
トラピスト1恒星系(中央)と太陽系(下)、木星とその大型衛星(上)との比較イラスト。太陽よりはるかに小さい赤色矮星トラピスト1を公転する7惑星の軌道は、水星の軌道内に容易に収まる(NASA/JPL-Caltech)

「太陽系2.0」とのニックネームがつけられている恒星系「トラピスト1(Trappist-1)」は、惑星科学者たちを魅了している。この恒星系では、地球からわずか39光年の距離にある1つの恒星を、7つの惑星が公転。太陽系とあらゆる点で同じというわけではなく、主星は太陽よりはるかに温度が低い赤色矮星(わいせい)だが、7つの惑星は全てが岩石質、地球サイズと、少なくともいくつかの点で地球に類似している

米航空宇宙局(NASA)は2017年、スピッツァー赤外線宇宙望遠鏡でトラピスト1を観測した結果、単一の星のハビタブルゾーン(生命生存可能領域)内で最も多くの地球サイズの惑星が見つかったと発表した。

惑星のどれもが実際に地球に似ているかどうかは不明だが、系外惑星研究者らは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)によって、これらの惑星を取り巻く大気が存在するかどうかが判明するのを待っていた。最も調査しやすい惑星は、主星に最も近く、最も高温で明るい「トラピスト1b」だ


今年5月には、JWSTに搭載のMIRI(中赤外線観測装置)を使ったトラピスト1bの調査が実施されていた。そしてこの度、JWSTのNIRISS(近赤外撮像分光器)を用いた調査結果が発表された。NIRISSは、恒星からの白色光を虹のような色成分に分解する装置だ

■大気は確認されず

学術誌The Astrophysical Journal Lettersに掲載された論文によると、トラピスト1bに大気が存在することを示すものは確認されなかった。米ミシガン大学の天文学者で、NASAセーガン・フェローのライアン・マクドナルドはプレスリリースで「これによりトラピスト1bは、大気のない岩石か、大気圏の高い位置に雲があるか、あるいは、大気が二酸化炭素のように非常に重い分子でできていて、希薄すぎて検出できないかの可能性があることがわかる」と述べている。「だが、実際に断定できるのは、間違いなく主星が今回の観測結果を左右する最大の影響を及ぼしており、この系の他の惑星にも全く同じ影響が及ぶことだ」

検出された「大気の信号」は「ゴースト」だった
これは良い知らせではないが、特に悪いというわけでもない。39光年先からの大気の信号を見つけるのは簡単ではないため、初期の研究では、トラピスト1系にある惑星の観測に主星がどのような影響を及ぼすかを知ることに重点を置いている。「今のうちに主星の取り扱い方法を考えておかなければ、ハビタブルゾーンにある惑星のトラピスト1d、e、fを調査する際に、大気の信号を確認するのが非常に難しくなる」と、マクドナルドは指摘する。恒星のハビタブルゾーンは理論上、惑星の表面に液体の水が存在できる範囲とされる


■「ゴースト信号

トラピスト1を公転する惑星の存在は、惑星が主星の前を横切る際にしか確認できない。今回の研究では、透過分光法と呼ばれる技術を使用し、トラピスト1bの大気を通過した主星の光をJWSTのNIRISSで分解した。この光には、惑星の大気中に含まれる分子や原子の痕跡があった。

だが、この痕跡は実際には、星の光に見られる多数の「ゴースト信号」だった。これは主星自体の黒点や白斑(はくはん)に由来するものと思われた。このデータは、今後の研究で、トラピスト1系の惑星の大気中に特定の分子を検出したと早合点するのを防ぐことに役立つかもしれない


■フレア現象

トラピスト1系と太陽系との大きな違いは、その主星だろう。トラピスト1は、太陽類似星よりもはるかに一般的な恒星である赤色矮星だ。トラピスト1bは、地球が太陽から受ける放射の4倍のエネルギーを受けており、表面温度が120~220度に達していることを、研究チームは明らかにした。なので、ハビタブルゾーン内には存在していない。赤色矮星は、太陽に比べて挙動が予測しにくく、このことが生命体に影響を与えることも考えられる。

研究を主導した、カナダ・モントリオール大学トロティエ太陽系外惑星研究所のオリビア・リムは「今回の観測では、恒星フレアが確認された。これは予測不可能な現象で、発生時には主星が数分から数時間の間、増光するように見える」と話す。「フレアは、惑星によって遮られる光の量の測定に影響を及ぼした。データの正しい解釈を確実にするには、フレアの影響を考慮する必要がある」


■希薄な大気が存在?

トラピスト1bでは大気が検出されなかったが、今回の研究では、おそらく水、二酸化炭素やメタンでできたと考えられる薄い大気が存在する可能性を排除できなかった。さらに、土星の巨大衛星タイタンに似た大気がある可能性も排除できなかった。タイタンは太陽系で唯一、分厚い大気を持つ衛星で、大気圧は地球の約1.5倍だ

■トラピスト1について

最初に発見されたのは1999年だが、2016年に3つの惑星を発見した科学者らが使用したチリのラ・シヤ天文台にある望遠鏡「TRAPPIST(TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope)」にちなみ、トラピスト1系と命名された。翌17年には、スピッツァー宇宙望遠鏡による1000時間以上の観測が実施され、惑星7つとその質量、半径、密度が明らかになった。惑星は全て岩石質で、地球サイズの天体だった

2023年10月17日
Forbes JAPANより
 

プロフィール

moonrainbow

Author:moonrainbow
昔、"地球の旅人"の頃




服と鞄と雑貨の販売をしています

カテゴリ

カレンダー

01 | 2024/02 | 03
- - - - 1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 - -

ブロとも申請フォーム

QRコード

QRコード