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2025-12-14 20:54:00
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、2022 年半ばに科学運用を開始して以来、系外惑星周囲の大気の検出において大きな進歩を遂げてきました。これらには、系外惑星大気中の二酸化炭素 (WASP-39b)、大気中の水蒸気 (WASP-96 b)、さらに酸素や炭素などのより重い元素 (HD149026b) の最初の明確な証拠の提供が含まれます。最新のリリースによると、研究者らは岩石惑星の周囲に大気があることを示すこれまでで最も強力な証拠を検出したと発表した。
この惑星は超高温のスーパーアース TOI-561 b で、地球の半径の 1.4 倍の岩石惑星で、地球から約 275 光年離れた太陽に似た恒星の周りを公転しています。公転周期が 11 時間未満のこの惑星は、超短周期 (USP) 系外惑星として知られる珍しい種類の天体の一部です。ウェッブの近赤外線分光計 (NIRSpec) による観測によれば、この惑星は全球規模のマグマ オーシャンで覆われており、その上に厚いガスの層があることが示唆されています。研究チームによると、これらの結果は、恒星の近くを周回する小さな惑星は大気を維持できないという一般的な理論に疑問を投げかけるものだという。
研究を主導したのは、 ヨハンナ・テスケ とカーネギー科学研究所の地球惑星研究所の同僚たち。彼らには、 ウォータールー天体物理学センターおよび物理天文学部、 トロティエ系外惑星科学研究所、 キャプテン天文研究所、 大気、海洋、惑星の物理学 オックスフォードの研究グループと複数の大学。彼らの結果は 12 月 11 日に出版されました。 天体物理学ジャーナルレター。
アーティストのコンセプトは、系外惑星 TOI-561 b の広大なマグマの海の上にある厚い大気がどのようなものかを示しています。クレジット: NASA、ESA、CSA、ラルフ・クロフォード (STScI)
TOI-561 b は水星と太陽の間の距離の 40 分の 1 未満という、恒星に非常に近い軌道を周回しているため、研究チームは、TOI-561 b は潮汐ロックされており、片面が常に太陽を向いているに違いないと結論付けています。これは、日中の気温が岩石の融解温度を超え、マグマの表面が形成されることを意味します。さらに、惑星の大きさと質量の測定により、密度が驚くほど低いことが明らかになった。その考えられる説明は、この惑星には比較的小さな鉄の核と、地球よりも密度の低い岩石で構成されたマントルがある可能性があるということである。テスケ氏がNASAで説明したように プレスリリース:
TOI-561 b は、厚い円盤として知られる天の川銀河の領域にある非常に古い (太陽の 2 倍古い) 鉄の乏しい恒星を周回しているという点で、超短周期惑星の中でも独特です。それは私たちの太陽系の惑星とは非常に異なる化学環境で形成されたに違いありません。」この惑星の組成は、宇宙が比較的若い頃に形成された惑星を代表している可能性がある。
理論的な構成と親星の年齢（およそ 105 億歳）を考慮すると、TOI-561 b は宇宙が比較的若い頃に形成された惑星を代表するものである可能性があります。もう1つの可能性は、TOI-561 bには、恒星の近くを周回する「スーパーパフ」ガス巨人で観察されたものと同様に、実際よりも大きく見える大気があるということである。この理論を検証するために、チームはウェッブの NIRSpec を使用して惑星の昼側温度を測定しました。これには、TOI-561 b が星のほぼ 4 周を完了するまで 37 時間以上にわたってシステムを観察することが含まれていました。
これらの軌道中、研究チームは惑星が親星の後ろを通過する際の系の明るさの減少を測定した。これは基本的に、系外惑星の研究者がトランジット法で行っていることの逆であり、恒星の光度の低下を利用して潜在的な系外惑星を検出し、その公転周期を測定します。この技術は、赤色矮星 (TRAPPIST-1 など) を周回する岩石惑星の大気を探すために使用される技術にも似ています。もし大気が存在しなければ、地球には昼と夜の間で熱を伝達する手段がなくなってしまいます。その場合、研究チームは日中の気温が約 2,700 °C (4,900 °F) になると予想しました。
2024 年 5 月に NASA のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡によって捕捉された発光スペクトルは、系外惑星 TOI-561 b から放出される近赤外線のさまざまな波長の明るさを示しています。クレジット: NASA/ESA/CSA/STScI/Teske 他(2025年)。
しかし、NIRSpec の観測では、日中の気温が 1,800 °C (3,200 °F) に近いことが示されました。共著者であるバーミンガム大学のアンジャリ・ピエット博士は次のように述べています。
すべての観測結果を説明するには、濃厚で揮発性物質が豊富な大気が本当に必要です。強風は熱を夜側に運び、昼側を冷やします。水蒸気のようなガスは、大気中を通過する前に、地表から発せられる近赤外線の一部の波長を吸収します。望遠鏡が検出する光が少ないため、惑星はより寒く見えるだろうが、星の光を反射して大気を冷やす明るいケイ酸塩雲が存在する可能性もある。
疑問はまだ残っている：これほど大量の放射線にさらされた潮汐に縛られた小さな惑星、特に TOI-561 b のように密度の高い惑星が、どのようにして大気を維持できるのだろうか。 「私たちはマグマオーシャンと大気の間に平衡があると考えています。ガスが地球から出てきて大気に供給される一方で、マグマオーシャンはガスを内部に吸い込んでいます」と共著者であるフローニンゲン大学のティム・リヒテンバーグ氏は述べた。 「観測結果を説明するには、この惑星は地球よりもはるかに揮発性物質が豊富なはずです。まさに濡れた溶岩球のようなものです。」
これらの結果は、Webb’s から初めて得られたものです。 一般監視員 (GO) プログラム 3860、サイクル 2 プログラムの一部です。研究チームは現在、地球の両側の気温を測定し、大気の組成についてさらに詳しく知るために、完全なデータセットを分析している。
#科学者たちは溶けた岩石の系外惑星に大気が存在するという最強の証拠を発見する