天文学者が惑星の大気中の水分子を検出

ハッブル宇宙望遠鏡を使用している天文学者たちは、地球から 97 光年離れた、小さくて灼熱の系外惑星の大気中に水分子を検出しました。

新しい研究によると、GJ 9827dと名付けられたこの惑星は直径が地球の約2倍で、大気中に水蒸気が存在することが確認されている系外惑星の中で最も小さいという。

私たちが知っているように、水は生命にとって不可欠ですが、水が豊富な大気を灼熱の蒸気に変える灼熱の気温のため、この惑星にはいかなる種類の生命も住める可能性は低いです。

天文学者たちは、この異常な世界の大気の本当の性質をまだ解明していないが、この啓示は、太陽系外の惑星の起源を理解しようとするさらなる調査への道を開くことになる。

この発見は、木曜日にThe Astrophysical Journal Lettersに掲載された報告書に掲載された。

「これほど小さい惑星に水があるというのは画期的な発見だ」と、研究共著者でドイツのハイデルベルクにあるマックス・プランク天文学研究所の系外惑星大気物理学部門のマネージング・ディレクターであるローラ・クライドバーグ氏は声明で述べた。 「これにより、真に地球に似た世界の特徴づけにこれまで以上に近づきました。」

しかし、この惑星の温度は華氏 800 度 (摂氏 427 度) に達し、金星と同じくらい暑い、蒸し暑くて住みにくい世界となっています。

「水の豊富な大気を持つこれらの惑星が実際に他の恒星の周囲に存在し得ることを、大気探知によって直接示すことができるのは今回が初めてとなる」と、研究共著者でモントリオール大学トロッティエ研究所教授のビョルン・ベネケ氏は述べた。系外惑星については声明で述べている。 「これは、岩石惑星の大気の広がりと多様性を決定するための重要な一歩です。」

現在、研究チームは、ハッブルがふわふわとした水素が豊富な大気内の水蒸気の痕跡を捉えたのか、それとも主星がGJ 9827dの元の水素とヘリウムの大気を蒸発させたために惑星に水が豊富な大気があるのかを知ることができていない。

「カンザス州ローレンスにある（カンザス大学）の主任研究員イアン・クロスフィールドが率いる私たちの観測プログラムは、地球の大気中の分子を検出するだけでなく、実際に特に水蒸気を探すことを目的として特別に設計されました。」研究論文の筆頭著者で、モントリオール大学トロティエ研究所の博士課程学生ピエール＝アレクシス・ロイ氏は声明でこう述べた。 「水蒸気が支配的であるか、水素が支配的な大気中の単なる小さな種であるかに関係なく、どちらの結果も興味深いものになるでしょう。」

惑星の難問

NASA のケプラー計画は、2017 年にうお座の赤色矮星を周回する惑星を初めて発見しました。この系外惑星は主星の周りを 6.2 日ごとに 1 周します。

天文学者らは、GJ 9827d を 3 年間にわたって 11 回の通過、つまり惑星が軌道中に恒星の前を横切る回数を観察しました。 惑星の大気を通過する星の光は、天文学者が水分子の特徴を測定するのに役立ちました。

「これまで、このような小さな惑星の大気を直接検出することはできませんでした。 そして私たちは今、徐々にこの体制に入りつつあります」とベネケ氏は語った。 「私たちがより小さな惑星を研究していると、ある時点で、これらの小さな惑星には水素がなくなり、（二酸化炭素が支配する）金星に似た大気を持つ移行が起こるはずです。」

惑星の大気についてさらに理解することは、天文学者が GJ 9827d がどのような種類の世界であるかを正確に分類するのに役立つ可能性があります。 現在、チームには 2 つの理論が考えられます。

この惑星は、水蒸気を含む水素が豊富な大気を持つミニ海王星である可能性があります。 もしそうなら、GJ 9827d は現在の位置よりも主星からより離れた場所で形成された可能性が高く、これは惑星がより寒く、水が氷の形で存在していたことを意味します (太陽系で最も遠い惑星である海王星と天王星と同様) 。

研究者らによると、惑星が恒星に近づき、より多くの恒星放射線が照射されるにつれて、水素が加熱されて逃げたか、あるいは今も逃げ続けているという。

あるいは、天文学者らは、GJ 9827d は、分厚い氷の地殻の下に海を含む、木星の氷の衛星エウロパのより暖かいバージョンである可能性があると疑っています。 ベネケ氏は、この惑星は半分が水で半分が岩である可能性があると述べた。

宇宙での水の探求

水は宇宙全体で最も一般的に見られる分子の 1 つであり、天文学者は長年にわたり、地球外生命体の探索の大部分として水の検出を含めてきました。

「水を観察することは、他のことを発見するための入り口だ」と、研究共著者でカリフォルニア州シリコンバレーにあるNASAエイムズ研究センターの天体物理学者トーマス・グリーン氏は声明で述べた。 「このハッブルの発見は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によるこれらのタイプの惑星の将来の研究への扉を開きます。 JWST は、赤外線観測を追加することで、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンなどの炭素含有分子など、さらに多くのことを確認できます。 惑星の元素の総目録が得られれば、それらをその惑星が周回する恒星と比較し、惑星がどのように形成されたかを理解できるようになります。」

天文学者たちはすでに水や他の種類の分子を探すためにウェッブ望遠鏡で GJ 9827d を観測しており、そのデータは将来共有される予定です。

「これらのデータが何を明らかにするかを見るのが待ちきれません」とクライドバーグ氏は語った。 「水の世界の問題をきっぱりと解決できることを願っています。」