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2024-10-29 02:48:00
天文学者らは、太陽系の火星のすぐ上の軌道上に、地球に似た惑星を持つ遠く離れた白色矮星を発見した。この系外惑星のように、白色矮星になる途中の太陽の赤色巨星の段階を生き残ることができれば、地球は約80億年後に白色矮星を周回する軌道に入る可能性がある。クレジット: アダム・マカレンコ
天文学者らは、4,000光年離れた白色矮星の周りを周回する地球に似た惑星を発見し、私たちの惑星の遠い未来を垣間見ることができた。
この発見は、地球が赤色巨星に拡大し、より大きな軌道に移動して白色矮星の周りに行き着く可能性があるときに、太陽に飲み込まれるのを免れる可能性があることを示唆している。
地球に似た惑星の発見
4,000光年離れた天の川銀河での地球に似た惑星の発見は、私たちの惑星の数十億年後の運命を垣間見ることができる。その時までに、太陽は白色矮星に変化し、地球は現在の軌道をはるかに超えたところを周回する凍った不毛の世界になるかもしれない。
この遠方の惑星系は、カリフォルニア大学バークレー校の天文学者がハワイのケック 10 メートル望遠鏡を使用して発見したもので、科学者が将来の太陽 – 地球系について予測しているものと驚くほどよく似ています。それは、太陽のおよそ半分の質量を持つ白色矮星と、地球と太陽の距離の2倍の距離を周回する地球サイズの惑星で構成されています。
地球の必然的な宇宙進化
このシナリオはまさに地球の運命である可能性があります。太陽が老化するにつれて、太陽は赤色巨星に膨張し、地球の現在の軌道を越えて膨らみ、水星と金星を飲み込みます。質量が減ると重力の保持力が弱まり、地球を含む残りの惑星はより遠い軌道に漂流することになる。最終的に、赤色巨星はその外層を脱ぎ捨て、恒星の質量を持つ惑星ほどの大きさの高密度の白色矮星の核だけを残すことになる。地球がこの過程を生き延びた場合、太陽から現在の距離の約2倍の距離でこの恒星の残骸を周回していることに気づくかもしれない。
この発見は今週雑誌に掲載される予定 自然天文学は、太陽のような主系列星が赤色巨星段階を経て白色矮星に至るまでの進化と、それが周囲の惑星にどのような影響を与えるかについて科学者に伝えます。いくつかの研究は、太陽の場合、このプロセスは約10億年以内に始まり、最終的には地球の海を蒸発させ、地球の軌道半径を2倍にする可能性があることを示唆しています – 膨張する星が最初に私たちの惑星を飲み込まない場合。
最終的に、今から約 80 億年後には、太陽の外層が分散して、高密度で輝く球体 (白色矮星) が残るでしょう。この球体は、太陽の約半分の質量ですが、サイズは地球よりも小さいです。
太陽が赤色巨星に拡大するときに起こり得る地球の運命の 1 つを描いたビデオ。赤色巨星が地球がより広い軌道に移動できるほど急速に質量を減らした場合、地球は拡大する赤色巨星の表面に飲み込まれることを免れ、最終的には現在の約2倍の大きさの軌道に落ち着くだろう。しかし、その過程で加熱されて溶岩惑星となり、赤色巨星が白色矮星になるずっと前に居住不可能となる。科学者たちは、地球に似た惑星が破壊を免れ、現在は白色矮星の周りを周回している一例を発見し、その可能性を示した。クレジット: WM Keck 天文台/アダム・マカレンコ
将来の予測と現在の分析
「地球が60億年後に赤色巨星の太陽に飲み込まれることを回避できるかどうかについては、現時点で合意が得られていない」と、研究リーダーでカリフォルニア大学バークレー校の元博士課程学生で、現在はエリック・アンド・ウェンディ研究員であるケミン・チャン氏は述べた。 Schmidt AI 科学博士 カリフォルニア大学サンディエゴ校博士研究員。 「いずれにせよ、地球が居住できるのはあと10億年ほどで、その時点で地球の海は温室効果の暴走によって蒸発してしまうだろう――赤色巨星に飲み込まれる危険が生じるずっと前に。」
この惑星系は、薄暗い白色矮星の居住可能領域のはるか外側にあり、生命が存在する可能性は低いにもかかわらず、生き残った惑星の一例を提供します。宿主がまだ太陽のような星だった頃、ある時点で居住可能な条件を備えていた可能性がある。
「その（赤色巨星）期間を通じて生命が地球上で生存できるかどうかは不明です。しかし確かに最も重要なことは、地球が赤色巨星になったときに太陽に飲み込まれないということです」とカリフォルニア大学バークレー校の准教授で天文学部長のジェシカ・ルーは語った。 「ケミング氏が発見したこの星系は、主星の赤色巨星の段階を生き延びた惑星の一例であり、おそらく元は地球と同様の軌道にあった地球に似た惑星である。」
垂直の白い線で示されたマイクロレンズ現象の領域の画像。イベントの数年前（a）、2020年に背景の星の倍率がピークになった直後（b）、そして消滅後の2023年（c）。白色矮星、地球に似た惑星、褐色矮星を含む惑星系は見えません。 (c) の光の点は、拡大されていない背景の光源星からのものです。クレジット: OGLE、CFHT、ケック天文台
マイクロレンズ イベントからの洞察
私たちの銀河系の中心の膨らみの近くに位置するこの遠方の惑星系は、2020年に、より遠くにある恒星の前を通過し、その恒星の光を1,000倍に拡大したことで天文学者の注目を集めました。この系の重力は、背景の星からの光を集束させ、増幅させるレンズのように機能しました。
この「マイクロレンズ現象」を発見したチームは、南半球の韓国マイクロレンズ望遠鏡ネットワークによって検出されたため、これをKMT-2020-BLG-0414と名付けました。背景の星の倍率は、これも天の川にありますが、地球から約 25,000 光年離れていますが、まだピントの光にすぎませんでした。それにもかかわらず、約 2 か月にわたる強度の変動により、 見積もりチーム この星系には太陽の約半分の質量の星、地球とほぼ同じ質量の惑星、そして木星の質量の約17倍の非常に大きな惑星（おそらく褐色矮星）が含まれていたという。褐色矮星は失敗した星であり、その質量は核融合を起こすのに必要な質量にわずかに及ばない。
この分析では、地球に似た惑星が恒星から 1 ～ 2 天文単位、つまり地球と太陽の間の距離の約 2 倍の距離にあると結論付けられました。拡大された背景の星や近くのいくつかの星の光の中でその光が失われていたため、主星がどのような種類の星であるかは不明でした。
系外惑星研究の境界を拡大する
星の種類を特定するために、張氏とカリフォルニア大学バークレー校の天文学者ジェシカ・ルー氏とジョシュア・ブルーム氏を含む同僚は、ハワイにあるケック II 10 メートル望遠鏡を使用して、2023 年にレンズ系をより詳細に観察した。雰囲気からぼやけます。レンズ現象の3年後にこの系を観察したため、かつては1,000倍に拡大されていた背景の星は十分に暗くなり、太陽のような典型的な主系列星であればレンズ星は見えるはずだったとルー氏は述べた。
しかし、Zhang 氏は 2 つの別々の Keck 画像からは何も検出しませんでした。
「私たちの結論は、別のシナリオを除外することに基づいています。なぜなら、通常の星なら簡単に見えるはずだからです」とチャン氏は語った。 「このレンズは暗く、質量も小さいため、白色矮星のみである可能性があると結論付けました。」
「これは、何かを見ることよりも何も見ないことの方が実際には興味深いケースです」と、天の川銀河内に自由に浮遊する恒星質量ブラックホールによって引き起こされるマイクロレンズ現象を探しているルー氏は述べた。
マイクロレンズによる系外惑星の発見
この発見は、系外惑星がどのような種類の星の周りに住んでいるかを理解するために、惑星の存在を示すマイクロレンズ現象をより詳しく研究する張氏のプロジェクトの一環である。
「ある程度の運も関係している。なぜなら、白色矮星である惑星を持つマイクロレンズ星は 10 個に 1 個にも満たないと予想されるからである」と Zhang 氏は言う。
新しい観測により、Zhang らは褐色矮星の位置に関する曖昧さを解決することもできた。
「元の分析では、褐色矮星が海王星のような非常に広い軌道にあるか、水星の軌道の十分内側にあることが示されました。非常に小さな軌道にある巨大な惑星は、太陽系の外では実際に非常に一般的です」と張氏は、ホットジュピターと呼ばれる惑星のクラスについて言及した。 「しかし、現在ではそれが恒星の残骸の周りを周回していることがわかっているので、飲み込まれていたであろうことから、その可能性は低いでしょう。」
「マイクロレンズは、従来の手段、つまりトランジット法や動径速度法では観察、検出できない他の星系を研究する非常に興味深い方法となっています」とブルーム氏は語った。 「現在、マイクロレンズチャネルを通じてさまざまな世界が私たちの前に開かれています。そして興味深いのは、私たちがこのようなエキゾチックな構成を発見する瀬戸際に立っているということです。」
人類の未来への影響
2027年に打ち上げ予定のNASAのナンシー・グレース・ローマン望遠鏡の目的の1つは、マイクロレンズ現象による光度曲線を測定して系外惑星を見つけることであり、その多くは系外惑星をホストする星の種類を特定するために他の望遠鏡を使用して追跡調査する必要がある。
「必要なのは、レンズが背景の星から遠ざかった後、世界最高の施設、つまり補償光学やケック天文台を使って、1日や1か月後だけでなく、何年も先まで注意深くフォローアップすることです。そうすれば、自分が見ているものを明確にできるようになります」とブルーム氏は語った。
張氏は、たとえ10億年かそこらで太陽の赤色巨星期に地球が飲み込まれたとしても、人類は太陽系外縁部に避難場所を見つけるかもしれないと指摘した。エウロパ、カリスト、ガニメデなどの木星のいくつかの衛星と、土星の周りのエンケラドゥスには凍った水の海があるようで、赤色巨星の外層が拡大するにつれて解ける可能性が高い。
「太陽が赤色巨星になるにつれて、ハビタブルゾーンは木星と土星の軌道の周りに移動し、これらの衛星の多くは海洋惑星になるでしょう」と張氏は述べた。 「その場合、人類はそこに移住できると思います。」
参考文献：「白色矮星を周回する地球質量惑星と褐色矮星」Keming Zhang、Weicheng Zang、Kareem El-Badry、Jessica R. Lu、Joshua S. Bloom、Eric Agol、B. Scott Gaudi、Quinnコノパッキー、ナタリー・ルバロン、シューデ・マオ、ショーン・テリー、2024年9月26日、 自然天文学。
DOI: 10.1038/s41550-024-02375-9
他の共著者は、中国北京の清華大学の Weicheng Zang 氏と Shude Mao 氏で、KMT-2020-BLG-0414 に関する最初の論文を共著者です。元カリフォルニア工科大学バークレー校の博士課程の学生、カリーム・エル・バドリー氏は現在、パサデナのカリフォルニア工科大学で助教授を務めている。シアトルのワシントン大学のエリック・アゴル氏。 B. コロンバスのオハイオ州立大学のスコット・ガウディ。カリフォルニア大学サンディエゴ校のクイン・コノパッキー氏。カリフォルニア大学バークレー校のナタリー・ルバロン氏。メリーランド大学カレッジパーク校のショーン・テリー氏。
#遠く離れた双子惑星が明らかにする地球の運命