ケプラー 51d は惑星形成理論に挑戦する

ケプラー 51 は、3 つのスーパーパフと 1 つの低質量非通過系外惑星をホストする若い G 矮星です。ケプラー 51d は、この系で最も低温の通過惑星であり、これまでに知られている中で最も密度が低いスーパーパフの 1 つですが、これまでに観測された中で最も濃い大気の霧に覆われているように見え、天文学者らはその起源について不確かなままになっています。

ケプラー 51 は、約 2,615 光年離れたはくちょう座にあります。

KOI-620としても知られるこの星には4つの系外惑星があり、そのうち少なくとも3つは土星サイズの「スーパーパフ」世界である。

ケプラー 51d は、この惑星系の惑星の中で最も温度が低く、密度が最も低いです。

タンパ大学の天文学者ジェシカ・リビー・ロバーツ博士は、「ケプラー51の周りを回る3つの内惑星には小さな核と巨大な大気があり、その密度は綿菓子に似ていると考えられる」と述べた。

「これらの超低密度の超パフ惑星は稀であり、巨大ガス惑星がどのように形成されるかについての従来の理解を覆すものです。」

「そして、1 つがどのように形成されるかを説明するのが十分に難しいものではないとしても、このシステムには 3 つあります。」

巨大ガス惑星は通常、高密度の核を持っているため、ガスを引きつけて保持する強い重力を持っています。

これらの惑星は通常、太陽系の巨大ガス惑星が小惑星帯の外側にあるのと同じように、恒星からさらに離れたところに形成され、その重力によってガスも引き寄せられます。

しかし、ケプラー 51d には高密度の核がなく、その星までの距離は金星から太陽までの距離とほぼ同じです。

「ケプラー 51 は比較的活動的な星であり、その恒星風がこの惑星からガスを簡単に吹き飛ばすはずですが、ケプラー 51d の生涯にわたる質量損失の程度はまだ不明です」とリビー・ロバーツ博士は述べた。

「惑星がさらに遠くで形成され、内側に移動した可能性はありますが、この惑星、そしてこの系の他の惑星がどのように形成されたかについては、まだ大量の疑問が残されています。」

「他では見たことのない極端な組み合わせである、これら 3 つの非常に奇妙な惑星を作成したこのシステムの一体何が原因なのでしょうか?」

超低密度のため、研究者らは、これらの超パフ惑星には最も軽い元素である水素とヘリウムが相当量含まれていると考えているが、他の元素も見つかると期待している。

ケプラー51dの大気を構成する元素を解明することで、惑星が形成された環境や位置に関する情報も推測できるようになる。

このような距離にある惑星を地球から直接撮影することはできませんが、地球から見て惑星が主星の前を通過すると暗くなる星の光を観察することはできます。

「星の光は、私たちの望遠鏡に届く前に、惑星の大気を通して濾過されます」とリビー・ロバーツ博士は語った。

「地球上のさまざまな色の物体がさまざまな波長の光を吸収するのと同じように、特定の波長の光を吸収する特定の分子が大気中に存在すると、その波長の光を遮断することができます。」

「さまざまな波長やスペクトルを観察すると、惑星の大気の組成を明らかにする指紋のようなものを得ることができます。」

リビー・ロバーツ博士らは以前、NASA/ESA ハッブル宇宙望遠鏡でケプラー 51d を観測し、約 1.1 ～ 1.7 ミクロンの近赤外線波長を観測しました。

NASA/ESA/CSA ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載された近赤外線分光器 (NIRSpec) の改良された技術により、科学者らは観測を 5 ミクロンまで拡張することができ、より微妙な大気の「指紋」を提供できる可能性がありました。

しかし、特定の波長では星の強度に明らかな低下は見られませんでした。

ペンシルバニア州立大学のスブラス・マハデバン教授は、「惑星には非常に厚いもやの層があり、私たちが観察した光の波長を吸収しているため、その下の特徴を実際に見ることはできない」と述べた。

「それは、メタンのような炭化水素を含む土星の最大の衛星タイタンで見られるもやに非常に似ているように見えますが、規模ははるかに大きいです。」

「ケプラー 51d には、地球の半径に近いほどの膨大な量の霧があるようです。これは、私たちがこれまで地球上で見た中で最大のものの 1 つになるでしょう。」

その結果は今週、 天文雑誌。

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ジェシカ・E・リビー・ロバーツ 他。 2026年。ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡スーパーパフ、ケプラー51dのNIRSpec-PRISM透過スペクトル。 AJ 171、221;土井: 10.3847/1538-3881/ae33c0