「異常に巨大」 – 天文学者が存在しないはずの惑星を発見

ペンシルベニア州立大学の研究者らは、超低温の矮星の周りを周回する異常に巨大な惑星、LHS 3154bを発見した。 この発見は現在の理論に矛盾しており、星や惑星の形成過程の再評価を促している。

ペンシルベニア州立大学の研究者らによると、太陽に比べて非常に巨大な惑星の発見は、惑星とその太陽系の形成についてこれまで理解されていたことに疑問を投げかけるという。

11月30日にジャーナルに掲載された研究によると、 科学研究者らは、「超低温」恒星LHS 3154の周りを周回する、地球の13倍を超える質量の惑星を発見したと発表した。LHS 3154自体の質量は太陽の9分の1である。 新たに発見された惑星の主星に対する質量の比率は、地球と太陽の質量の100倍以上である。

このビデオは、新しく発見された星系 LHS 3154 を芸術的に表現したもので、現在のモデルの予測よりも太陽に比べてはるかに大きな惑星が含まれています。 クレジット: アビゲイル・ホープ・ミニッチ

現在の理論に挑戦する

今回の発見により、宇宙で最も質量が低く、最も冷たい恒星である超低温の矮星の周囲を周回する、既知の中で最も重い惑星が存在することが明らかになった。 この発見は、小さな星の周りの惑星形成についての現在の理論の予測に反しており、これほど大きな質量を持った惑星が低質量の星の周りを周回しているのが初めて観察されたことを表している。

「今回の発見は、私たちが宇宙についていかに知らないかを本当に思い知らされました」とペンシルバニア州立大学の天文学・天体物理学教授で論文の共著者であるスブラス・マハデバン氏は語った。 「低質量星の周りにこれほど大きな惑星が存在するとは予想していませんでした。」

LHS 3154、地球、太陽を総合的に比較した芸術的なレンダリング。 クレジット: ペンシルバニア州立大学

星や惑星の形成

彼は、星はガスと塵の大きな雲から形成されると説明しました。 星が形成された後、ガスと塵は物質の円盤として残り、生まれたばかりの星の周りを周回し、最終的には惑星に進化する可能性があります。

「低質量星LHS 3154の周りの惑星形成円盤には、この惑星を形成するのに十分な固体質量がないと予想されています」とマハデヴァン氏は述べた。 「しかし、それは存在するので、今、私たちは惑星や星がどのように形成されるのかについての理解を再考する必要があります。」

ペンシルバニア州立大学の研究者、スブラス・マハデバン氏とミーガン・デラメア氏は、小さな星の周りを回る巨大な惑星の発見について説明する。 クレジット: ペンシルバニア州立大学

HPFによる検出

研究者らは、マハデヴァン率いる科学者チームがペンシルベニア州に建設した天文分光器を使用して、LHS 3154bと呼ばれるこの巨大な惑星を観察した。 ハビタブルゾーンプラネットファインダー（HPF）と呼ばれるこのツールは、太陽系の外で最も冷たい恒星を周回する、生命の重要な成分である液体の水が表面に存在する可能性のある惑星を発見するように設計されている。

超低温恒星の周囲の惑星を発見

太陽のような恒星の周囲にあるこのような惑星を検出することは非常に困難ですが、超低温の恒星の温度は低いため、表面に液体の水を持つことができる惑星は地球や太陽よりも恒星にはるかに近いことを意味します。 これらの惑星とその恒星との距離が短くなったことが、超低温恒星の質量の減少と相まって、惑星の存在を知らせる検出可能な信号をもたらすとマハデヴァン氏は説明した。

「星がキャンプファイヤーであると考えてください。火が冷たくなるほど、暖を保つためにその火に近づくことになります。同じことが惑星にも当てはまります。」とマハデヴァン氏は言いました。 恒星が低温である場合、液体の水が存在できるほど惑星を暖かくするには、惑星をその恒星に近づける必要があります。 惑星がその超低温恒星に十分近い軌道を持っている場合、周回惑星に引きずられるときに星のスペクトルの色や光がわずかに変化するのを見ることで、それを検出できます。

LHS 3154b から低質量主星に向かう可能性のある眺めをアーティストが描いたもの。 その大きな質量を考慮すると、LHS 3154b は海王星のような組成を持っている可能性があります。 クレジット: ペンシルバニア州立大学

HPFの重要性

テキサス州マクドナルド天文台のホビー・エバリー望遠鏡に設置された HPF は、近くの星からの赤外線信号のこれまでで最も高い分解能の測定値を提供します。

「HPF を使った発見は非常に特別でした。HPF は、低質量星の周囲の未知の惑星集団を観察する目的で、私たちがゼロから設計、開発、構築した新しい装置だからです」とガムンドゥル・ステファンソン氏は語った。 NASA 天体物理学のセーガンフェロー プリンストン大学 論文の筆頭著者は HPF の開発に貢献し、ペンシルベニア州立大学の大学院生として研究に取り組みました。 「私たちは現在、近隣の恒星を周回するこのエキサイティングな惑星群の新たな予期せぬ側面を学び、その恩恵を受けています。」

このツールはすでに重要な情報を提供しています。 発見と確認 ステファンソン氏は、新しい惑星は存在するが、惑星 LHS 3154b の発見はすべての予想を上回ったと説明した。

惑星形成理論を再考する

「HPFやその他の機器を使った既存の調査研究に基づくと、私たちが発見したような天体は非常に稀である可能性が高いため、その発見は本当に刺激的でした」とペンシルバニア州立大学の天文学大学院生で研究論文の共著者であるミーガン・デラメア氏は語った。プロジェクト。 紙。 「惑星形成に関する現在の理論は、私たちが見ているものを説明するのが困難です。」

デラメア氏は、恒星LHS 3154を周回する発見された巨大惑星の場合、チームの測定によって推定される重い惑星の中心には、現在のモデルが予測するよりも大量の固体物質が惑星の円盤内に必要になるだろうと説明した。 また、LHS 3154 のような星周円盤のガスに対する質量と塵の比率は、若くて新しく形成されたときは 10 倍高かったはずであるため、この発見は星形成に関する事前の理解にも疑問を投げかけています。 研究チームが発見したような巨大な惑星を形成するために観察されたものから。

「私たちが発見したことは、既存のすべての惑星形成理論にとって極端なテストケースを提供します」とマハデヴァン氏は述べた。 「これはまさに私たちが HPF を構築した目的であり、銀河系で最も一般的な星がどのように惑星を形成するのかを発見し、それらの惑星を見つけることを目的としています。」

参考：「A ネプチューン-質量 系外惑星 「低質量星の周囲を周回する近接軌道では、形成モデルに反する」 グムンドゥル・ステファンソン、スブラス・マハデヴァン、ヤミラ・ミゲル、ポール・ロバートソン、ミーガン・デラメア、シュバム・カノディア、カレブ・I・カニアス、ジョシュア・N・ウィン、ジョー・B・ニーナン、ライアン著C. セリアン、レイ ホルコム、エリック B. フォード、ブリアナ ザワツキ、ブレンダン B. ボウラー、チャド F. ベンダー、ウィリアム D. コクラン、スコット ディダムス、マイケル エンデル、コナー フレデリック、サミュエル ハルバーソン、フレッド ハーティ、ゲイリー J. ヒル、アンドレア・S・J・レーン、アンドリュー・J・メトカーフ、アンドリュー・マンソン、ローレンス・ラムゼイ、アルピタ・ロイ、クリスチャン・シュワブ、ジェイソン・T・ライト、グレゴリー・ゼマン、2023年11月30日、 科学。
土井: 10.1126/science.abo0233

この論文の他のペンシルバニア州立大学の著者は、エリック・フォード、ブリアナ・ザワツキ、フレッド・ハーティ、アンドレア・リン、ローレンス・ラムゼイ、ジェイソン・ライトです。 この論文の他の著者は、プリンストン大学のジョシュア・ウェン、ライデン大学のヤミラ・ミゲル、カリフォルニア大学アーバイン校のポール・ロバートソン、カリフォルニア大学のレイ・ホルコム、およびカリフォルニア大学のシュバム・カノディアです。 カーネギー科学研究所NASAゴダード宇宙飛行センターのカレブ・カニアス氏、インドのタタ基礎研究所のジョー・ニーナン氏、カールトン大学のライアン・テリアン氏、テキサス大学オースティン校のブレンダン・ボウラー氏、ウィリアム・コクラン氏、マイケル・エンデル氏、ゲイリー・ヒル氏、同大学のチャド・ベンダー氏テキサス州オースティンの。 アリゾナ大学、スコット・ディダムス、コロラド大学のコナー・フレデリック、アンドリュー・メトカーフ、カリフォルニア工科大学ジェット推進研究所のサミュエル・ハルバーソン、アリゾナ大学のアンドリュー・マンソン、ジョンズ・ホプキンス大学のアルピタ・ロイ、ジョンズ・ホプキンス大学のクリスチャン・シュワブオーストラリアのマッコーリー大学とホビー望遠鏡のグレゴリー・ゼーマン、テキサス大学オースティン校のエバリー。

この研究は、ペンシルベニア州立太陽系外惑星・居住可能世界センター、ペンシルベニア州宇宙助成コンソーシアム、アメリカ航空宇宙局、国立科学財団、およびハイシング・サイモンズ財団から資金提供を受けました。