「ホット・ジュピター」の謎がついに解明

これらの巨大な世界がどのようにして親星の非常に近い軌道にたどり着いたのかは誰にも分からないが、天文学者たちは、それらはそこで形成されたのではなく、はるかに遠くで生まれ、後になって現在の位置に移動したと考えている。このプロセスの初期段階はほとんど観察されていないが、現在、MIT、ペンシルベニア州立大学、カナリア天体物理学研究所（IAC）を含む他の機関の天文学者チームが、地球から1,100光年離れた恒星の周りを非常に偏心した軌道で回っている一種の若い惑星であるホットジュピターの「祖先」を発見した。このような世界が太陽系の一部であった場合、その異常な軌道は、水星自体よりも太陽に10倍近く近づき、それから飛び出し、地球の近くを通過し、再び周回することになる。この研究は、 ‘自然’。

「私たちが特に興味を持っているのは、この惑星が恒星に猛烈な接近をした後の大気の力学について何がわかるかということだ」と、IACの研究者で論文の共著者でもあるエンリック・パレ氏は言う。

TIC 241249530 bと名付けられたこの特異な惑星は、既知の太陽系外惑星の中で最も長い軌道を描いているだけでなく、「逆行」している（つまり、主星の自転とは逆方向に回転している）ため、これらの高質量ガス巨星がどのようにして現在の姿になったのかという謎に光を当てている。

進化する世界

研究者たちはその軌道力学のシミュレーションを行い、高度に偏心した軌道とそれが逆行しているという事実は、それがおそらく ホットジュピター 惑星の軌道が「揺れ」、徐々に縮小していくプロセスです。

TIC 241249530 b の場合、研究者らは、この惑星が主星を周回し、さらにその主星が副星を周回する連星系の一部であると判定した。研究によると、2 つの星間の相互作用により、この惑星は時間の経過とともに徐々に主星に近づいているという。

現在、TIC 241249530 の軌道は顕著な楕円形で、一周するのに 167 日かかります。しかし研究者たちは、10 億年以内に、この惑星はより狭い円軌道に移行し、最終的には数日ごとに恒星の周りを回るようになると考えています。その頃には、この惑星はホット ジュピターに進化しているでしょう。

軌道の変更

「この新しい惑星は、高離心率の移動がホット ジュピターの一部を説明するという理論を裏付けています」と、MIT カブリ天体物理学・宇宙研究所のサラ ミルホランド氏 (論文の共著者) は述べています。「この惑星は、形成された当時は冷たい世界だったと考えられます。そして、その驚異的な軌道力学により、約 10 億年後には温度が数千度のホット ジュピターになります。つまり、最初の状態から大きく変化したということです。」

TIC 241249530は、2020年1月にNASAのトランジット系外惑星サーベイ衛星（TESS）のデータで初めて検出された。TESSはMIT主導のミッションで、近くの恒星の明るさを監視して「トランジット」、つまり恒星の前を通過する惑星の存在を示す可能性のある星の明るさの短い低下を観測する。

しかし、この惑星はどうしてこのような極端な軌道に落ち込んだのか？そして、その離心率はどうしてこのように急激に変化したのか？その答えを得るために、ミルホランドと彼のチームは、TIC 241249530、その恒星、そして2番目に近い恒星の間の複雑な重力相互作用をモデル化した。研究者たちはすでに、この2つの恒星が連星系で互いの周りを回り、一方この惑星は近い方の恒星の周りを回っていることを観測していた。これは、サーカスの演者が腰の周りで輪を回すと同時に手首の周りで別の輪を回すのと似ている。

複数のシミュレーション

数十億年かけて進めば、チームが現在観測している惑星と恒星の軌道の構成を生み出せるシミュレーションはどれかを調べるために、それぞれ異なる初期条件で複数のシミュレーションを実施しました。第 2 段階は、未来に進み、シミュレーションで今後数十億年でシステムがどのように進化するかを予測できるようにすることです。

その結果、新しい惑星はおそらく ホットジュピター数十億年前に恒星から遠く離れた冷たい木星（私たちの木星と同じ）として誕生した TIC 241249530 は、おそらく円形の軌道を描いていた。しかし、連星系内の伴星との軌道がずれていることから生じる重力の影響で、この従来の軌道は徐々に「引き伸ばされ」、ついには偏心軌道になった。

「惑星の移動の過程をリアルタイムで正確に巻き戻して見ることはできないが、」と論文の筆頭著者であるアルヴィンド・グプタ氏は説明する。「 太陽系外惑星 「これは、移動の過程をとらえたスナップショットのようなものだ。このような惑星は極めて珍しく、見つけるのが難しい。ホットジュピターの形成の歴史を解明する助けになることを期待している」

「惑星の軌道の変化が大規模であるという点で、これはかなり極端なプロセスです」とミルホランド氏は付け加えた。「これは数十億年にわたって起こっている大規模な軌道の変化であり、惑星はそれに従っているだけです。」

シミュレーションによれば、TIC 241249530 の軌道は、あと 10 億年で、恒星の周りを円を描くように安定し、軌道が近くなるという。「そうなると、惑星は完全にホット ジュピターになる」と研究者は言う。

ミルホランド氏は、この遠く離れた系で起きていることは「太陽系外惑星がいかに驚くほど多様であるかを浮き彫りにしている。それらは、そこへどのようにして到達し、どこへ向かっているのかを物語る、荒々しい軌道を持つ神秘的な世界だ。そして、この惑星にとって、旅はまだ終わっていない」と結論づけている。