この地獄のようなエイリアンワールドの空は、不気味な虹の「栄光」効果を生み出すかもしれない

WASP-76b を説明するのに使用できる言葉はたくさんあります。地獄のような、灼熱の、混乱の、混沌とした、さらには暴力的なものさえあります。 これは太陽系の外にある惑星で、恒星のすぐ近くにあるため、鉛が蒸発するほど高温になります。 ですから、ご想像のとおり、これまで「輝かしい」という言葉は使われていませんでした。

天文学者らが超高温の木星系外惑星の大気中に「栄光」と呼ばれるもののヒントを検出したため、このよりポジティブな記述子はごく最近リストに追加された。 欧州宇宙機関の系外惑星探査ミッション「系外惑星衛星の特徴付け（CHEOPS）」のデータでほのめかされている栄光効果は、特殊な条件下でのみ発生するカラフルな同心円状の光の輪が虹のように配置されたものです。

この影響は、私たちの惑星だけでなく、私たちの暴力的な隣人である金星の大気でもよく見られますが、科学者が私たちの宇宙の近隣の外でそれが起こっているのを観察したのはこれが初めてです。 WASP-76b は私たちから 637 光年離れたところにあります。

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この影響が WASP-76b 上で起こっていることが確認されれば、この奇妙で極端な系外惑星、つまり私たちの恒星の領域では見られない世界について多くのことが明らかになる可能性があります。

「私たちの太陽系の外でこれまで栄光が見られなかったのには理由があります。非常に特殊な条件が必要です」とチームリーダーでポルトガル天体物理宇宙科学研究所の天文学者であるオリビエ・デマンジョン氏は声明で述べた。 「まず、完全に球形に近く、完全に均一で、長期間にわたって観察できるほど安定している大気粒子が必要です。惑星の近くの星は、観測者（ここではCHEOPS）がちょうどその位置で、それに直接輝く必要があります。正しい向きです。」

WASP-76bには溶けた鉄の雨以上のものがある

2013 年に発見された WASP-76b は、太陽の質量の約 1.5 倍、幅の 1.75 倍である親の黄色い星からわずか 3,000 万マイルの距離に位置しています。 この距離は、太陽と私たちの星に最も近い惑星である水星の間の距離のわずか 12 分の 1 です。

その結果、この惑星は、巨大ガス惑星の質量の 92% しか持たないにもかかわらず、木星の約 1.8 倍の大きさであり、わずか 1.8 地球日で星の周りを飛び回ります。 この接近により、WASP-76b の一方の側、つまり「昼側」が潮汐的に固定され、その星である WASP-76 に面するようになります。 地球の反対側、「夜の側」は常に宇宙に面しています。

WASP-76b の昼側が主星からの放射線にさらされると、温度が華氏 4,350 度 (摂氏 2,400 度) を超えて上昇します。 鉄分が蒸発してしまうほどの熱さです。 その後、WASP-76b の強く速い風がこの鉄蒸気を地球の涼しい夜の側に運び、そこで凝縮して水滴となり、鉄の雨として降り注ぎます。

この猛烈な太陽系外惑星上での栄光効果のヒントは、2019 年 12 月に打ち上げられた CHEOPS にとって注目に値する成果です。これは、遠い世界でこれまでに見たことのない微妙な現象を検出するこのミッションの能力を実証しています。

CHEOPSは、WASP-76bが親星の表面を横切る、つまり「通過」するときに見られる、惑星の外縁に見られる奇妙な光の非対称性を理解しようと科学者らが試みていたため、3年間にわたってWASP-76bをほぼ20回観察した。

これらの観測により、WASP-76bの東側の「ターミネーターライン」、つまり系外惑星の夜側が昼側になる境界線からの光が増加していることが明らかになった。 研究チームは、この光出力の急激な変化は、局所的で方向に依存する強い反射によって引き起こされると結論付けました。 彼らはそれを栄光効果と呼んでいます。

「心に留めておくべき重要なことは、私たちが目撃しているものの信じられないほどの規模だ」と系外惑星を研究しているESA研究員のマシュー・スタンディング氏は声明で述べた。 「WASP-76b は数百光年離れたところにあり、おそらく溶融鉄の雨が降り注ぐ、非常に高温のガス巨大惑星です。

「混乱にもかかわらず、私たちは栄光の潜在的な兆候を検出したようです。それは信じられないほどかすかな信号です。」

WASP-76b にとって栄光とは何を意味しますか?

栄光効果は虹のような外観とカラフルな縞模様を持っていますが、実際には文字通りの虹とはまったく異なります。

虹は、太陽からの光が、ある密度の媒体から、通常は空気から水へ、密度の異なる別の媒体に通過するときに生成されます。 これにより、光の経路が曲がり、つまり「屈折」し、異なる波長が異なる程度で屈折します。 したがって、太陽からの白色光はその一貫した色に分割され、よく知られた秩序あるカラフルな虹の弧が生じます。

一方、グロー効果は、光が狭い隙間を通過するときに発生します。 地球上では、この隙間は、たとえば雲の水滴の間の空間である可能性があります。 これにより、「回折」と呼ばれる異なる形式の屈折が発生します。これは、光が障害物を通過するとき、または開口部を通過するときに発生します。

光波が分裂してから再び結合し、山と谷が交わるときに、破壊的な干渉が発生します。 ただし、ピークとピークが交わる場所では、建設的な干渉が発生します。 これにより、それぞれ暗いバンドと明るいバンド、および同心円状の色のリングが生じます。

では、WASP-76b にとって栄光とは何を意味するのでしょうか?

超高温の木星の大気中にこの現象が存在することは、少なくとも 3 年間継続した完全な球形の水滴で構成される雲、または常に補充されている雲の存在を示しています。

雲が持続する場合、これは WASP-76b の大気の温度が威圧的ではあるものの、時間の経過とともに安定している必要があることを示しています。 これは、長い間、果てしなく混乱すると考えられていた世界の安定性を示唆する興味深い洞察です。

この結果はまた、系外惑星の専門家が、液体の湖や海洋に反射する星の光など、同様の光現象について遠方の世界を調査できる可能性があることを示している。 これは、人類が太陽系の外に生命を探求し続ける上で極めて重要となる可能性があります。

ESAの次期アリエル計画のプロジェクト科学者、テリーザ・ルフティンガー氏は、「この興味深い『特別な光』が稀有な栄光であると決定的に言うには、さらなる証拠が必要だ」と述べた。 「ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載されたNIRSPEC装置による追跡観測がまさにその役割を果たす可能性があります。あるいは、ESAの今後のアリエル計画でその存在が証明されるかもしれません。他の系外惑星から輝く、より輝かしい色を発見することさえできるかもしれません。」

デマンジョンにとって、この潜在的な観察は、ワスプ-76b の地獄のような世界の調査に対する継続的な関心を裏付けています。

「私はこの奇妙な惑星から来る非対称な光の最初の検出に関与しました。そしてそれ以来、その原因について非常に興味を持っています」とESAの科学者は結論づけた。 「ここにたどり着くまでに時間がかかり、『なぜこれにこだわるのか？時間を使って他のことをしたほうがいいかもしれない』と自問したこともあった。

「しかし、この特徴がデータから現れたとき、それはとても特別な感情でした。毎日では起こらない特別な満足感です。」

チームの研究は「Astronomy & Astrophysics」誌に掲載されています。

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