彼らは全球規模のマグマオーシャンを持つ新種の惑星を発見する

そして今、私たちがそれを手に入れたと思ったとき、惑星カタログ制御下で、新たな発見により、天体物理学者はまったく新しいカテゴリーの作成を余儀なくされました。

この発見は、最近「」に掲載されました。自然天文学オックスフォード大学が主導するこの研究は、これまでに見たことのないタイプの惑星の存在を明らかにした。それは、永久的なマグマオーシャンの深さに膨大な量の硫黄を蓄えた溶融した世界である。

似合わない世界

それは L 98-59 d と呼ばれ、地球から約 35 光年離れています。この距離は、天文学的な観点から言えば、私たちの銀河系の近隣に相当します。 2019年に初めて観測されたこの世界は、小さな赤色矮星の周りでこれまでに発見された3番目の惑星であり、大きさは私たちの惑星の約1.6倍です。

しかし、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡といくつかの地上天文台によって収集された最近のデータは、何か非常に異常なことを示しています。つまり、この惑星はその大きさの割に密度が非常に低く、さらにその大気には硫化水素というガスが非常に大量に含まれています。 腐った卵のような匂いがする そしてそれは他の世界でもすでに検出されており、さらには 私たちの隣人の天王星。

これまで、天文学者であれば誰でも、L 98-59 d を 2 つの通常の「ボックス」のいずれかに入れていたでしょう。水素雰囲気を持つ岩石の「ガス矮星」のボックスです。あるいは、氷と深海でできた、水が豊富な世界。しかし、これは別の「動物」であり、どちらの説明にも当てはまらないものです。実際、この惑星は、燃えている溶岩の内部に支えられた重硫黄分子を含む、全く新しい種類の惑星の最初に知られている惑星です。

マグマの海と「ガスボンベ」

この惑星を詳しく研究するために、オックスフォード大学、フローニンゲン大学、リーズ大学、およびチューリッヒ工科大学工科大学の研究者チームは、最先端のコンピューターシミュレーションを使用して、暴力的な誕生直後から現在まで、ほぼ50億年にわたる地球の歴史を再構築しました。その後、ジェームズ ウェッブ望遠鏡が「見ていた」ものを惑星内部の詳細な物理モデルと結び付けることで、研究者たちは大気の濃い雲の下で実際に何が起こっているのかを解明することができました。

その結果、L 98-59 d のマントルは溶融ケイ酸塩でできており、地球上の火山の溶岩に非常によく似ていますが、内陸数千キロメートルに及ぶ地球規模のマグマの海を形成していることが明らかになりました。さらに、海には硫黄分子がいっぱいです。

それは、炭酸水のボトルに似たもので、水はマグマの海、泡は硫黄です。したがって、水がガスを保持し、それを泡の形で少しずつ放出するのと同じように、地球は地質学的時間スケールにわたって膨大な量の硫黄を内部に蓄えることになる。そしてそれが存続の鍵です。

雰囲気は生き残る

通常、恒星にこれほど近い惑星は、赤色矮星が発する強烈なX線放射によって押し流され、すぐに大気を失うだろう。しかし、マグマオーシャンは巨大な貯留層として機能します。何十億年にもわたって、溶けた内部と大気の間で継続的に化学交換が行われ、ガス（硫化水素など）が補充され、水素が豊富な厚い大気のエンベロープが維持されてきました。このエンベロープは、宇宙の冷たい真空の中で永久に失われていたはずです。

オックスフォード大学物理学科のハリソン・ニコルズ氏は、「この発見は、現在天文学者が小さな惑星を説明するために使用しているカテゴリーが単純すぎる可能性があることを示唆している。この溶融した惑星には生命が存在する可能性は低いが、太陽系の外に存在する世界の多様性を反映している。「だから私たちは自問できる。他にどのようなタイプの惑星が発見されるのを待っているのか？」と考えている。

「革命」が発表されました

ただし、発見はどこからともなく生まれるわけではありません。天体物理学者は長年にわたり、別の世界での複雑な化学プロセスの痕跡を追跡してきました。 2024 年には、さらに進むことなく、ジェームズ ウェッブ望遠鏡自体が、系外惑星 WASP-39b の大気中に二酸化硫黄の存在を確認しました。その研究は、主星からの紫外線が、その惑星の大気中で化学反応、つまり光化学として知られるプロセスを引き起こす可能性があることを示した。

現在、L 98-59 d に適用された新しいモデルにより、まったく同じことがそこで起こっていることが確認されています。大気の上部で検出される二酸化硫黄は、その赤い星からの紫外線が光化学反応を引き起こすときに生成されます。基本的な違いは、巨大ガス惑星 WASP-39b とは異なり、L 98-59 d の場合、その下に物理的なマグマオーシャンがあり、これらの揮発性ガスを緩衝し、制御していることです。

研究チームのシミュレーションによると、L 98-59 d はおそらく大量の揮発性物質で形成されており、その若い頃は海王星の亜惑星にもっと似ていたに違いありません。しかし、何十億年も経つと、冷えるにつれて収縮し、元の大気の一部が失われてしまいました。

「興味深いのは、コンピューター モデルを使用して、私たちが決して訪れることのない惑星の隠された内部を発見できることであると、研究の共著者であるレイモンド ピエールハンバートは説明しています。」天文学者は惑星の大きさ、質量、大気の組成を遠くからしか測定できませんが、今回の研究は、これらの異星世界の深い過去を再構築し、私たちの太陽系に相当するものが存在しない種類の惑星を発見することが可能であることを示しています。

系外惑星研究は間違いなく黄金時代を迎えています。そして、ジェームズ・ウェッブによって毎日提供される膨大なデータに、欧州宇宙機関の将来のアリエルとプラトーのミッションからのデータが間もなく追加される予定です。この研究の著者らは、人工知能と機械学習手法によってサポートされたシミュレーションを将来の測定に適用して、真の宇宙の多様性をマッピングすることをすでに計画しています。

「私たちのコンピューターモデルは、いくつかの惑星のプロセスをシミュレートすることで、時間を遡って、この珍しい岩石の系外惑星がどのように進化したのかを理解できるようになると結論づけています。腐った卵の匂いの原因である硫化水素ガスが、ここで主導的な役割を果たしているようです。しかし、いつものように、この世界とそれに似た他の惑星を理解するには、さらなる観測が必要です。将来の研究では、臭い惑星が驚くほど一般的であることが示される可能性があります。」