科学者たちは、ガラスの雨が降る惑星で、太陽系の外でこれまで発見されたことのない分子を発見する

アトランタ – 木星ほどの大きさの系外惑星は、その高温、強風、そして横から降るガラスの雨によって、長年天文学者の興味をそそられてきました。 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡からのデータにより、HD 189733b として知られるこの惑星の別の興味深い特徴が明らかになりました。それは、腐った卵のような臭いがするということです。

惑星 HD 189733b の大気を研究している研究者らは、ウェッブの観測結果を利用して、微量の硫化水素を検出しました。硫化水素は、強い硫黄臭を発する無色のガスで、太陽系の外ではこれまで検出されたことがありませんでした。 この発見は、系外惑星の構成の可能性についての既知の情報を強化することに貢献します。

この調査結果は複数の機関のチームによってまとめられ、月曜日にジャーナルに掲載された。 自然。

致命的な天候を持つ奇妙な惑星

科学者たちは 2005 年に HD 189733b を初めて発見し、後にこの巨大ガス惑星を「ホット ジュピター」、つまり太陽系最大の惑星である木星と化学組成が似ているが、温度が高い惑星であると特定しました。 地球からわずか 64 光年の距離にある HD 189733b は、天文学者がその星の前を通過するときに研究できる最も近い熱木星です。 このため、最も研究されている系外惑星の 1 つです。

「HD 189733 bは巨大ガス惑星であるだけでなく、これまでに発見された最初の通過系外惑星の1つであるため、系外惑星分野における『巨人』でもある」とジョンズ・ホプキンス大学の天体物理学者グァンウェイ・フー氏は電子メールで述べた。 「これは、系外惑星の化学と大気物理学に関する私たちの理解の多くの拠り所です」と彼は付け加えた。

この惑星は木星よりも約 10% 大きいですが、木星は水星が太陽に比べて約 13 倍も星に近いため、はるかに高温です。 フー氏は、惑星HD 189733bは、その星の周りを1周するのに地球の2日しかかからないと述べた。

この恒星への接近により、惑星は華氏 1,700 度という灼熱の平均温度と、惑星の周囲の上空の雲からガラスのようなケイ酸塩の粒子が時速 5,000 マイルで横向きに降る強風が発生しています。

突然の異臭

天文学者らがウェッブ望遠鏡を使って惑星を研究し、人間の目には見えない赤外線が HD 189733b の大気中で何を明らかにできるかを確認することにしたとき、彼らは驚きに直面しました。

フー氏は、硫化水素は木星に存在し、巨大ガス惑星でも見つかると予想されていたが、この分子の存在の証拠は太陽系の外ではとらえどころのないままだと述べた。

「硫化水素は、惑星大気中の硫黄の最も重要な貯蔵庫の一つです。ウェッブ望遠鏡の高分解能と赤外線能力により、系外惑星で初めて硫化水素を検出することができ、新たな分光の窓が開かれました。」とフー氏は述べた。大気中の硫黄の化学を研究することは、系外惑星が何でできているのか、そしてどのようにしてできたのかを理解するのに役立ちます。」

さらに、チームは惑星の大気中に水、二酸化炭素、一酸化炭素の存在を検出した、とフー氏は述べた。つまり、これらの分子は他の巨大ガス惑星にも共通している可能性があるということだ。

天文学者らは惑星HD 189733bの高温のため生命が存在するとは予想していないが、系外惑星での硫黄などの構成要素の発見は惑星の形成に光を当てるとフー氏は語った。

硫黄は、より複雑な分子を構築するために不可欠な元素であり、炭素、窒素、酸素、リン酸塩と同様に、科学者は惑星がどのように形成され、何でできているのかを完全に理解するために硫黄をさらに研究する必要があります。

– Guangwei Fu、天体物理学者

「硫黄は、より複雑な分子を構築するために不可欠な元素であり、炭素、窒素、酸素、リン酸塩と同様に、科学者は惑星がどのように形成され、何でできているのかを完全に理解するために硫黄をさらに研究する必要がある」とフー氏は述べた。

アンモニアなど、独特の匂いを持つ分子が他の系外惑星の大気中で発見されている。

しかし、ウェッブの能力により、科学者は系外惑星周囲の大気中の特定の化学物質を以前よりも詳細に特定できるようになった。

惑星の重金属

私たちの太陽系では、海王星や天王星などの氷の巨大惑星は、一般に質量が小さいものの、最大の惑星であるガス巨人の木星や土星よりも多くの金属を含んでおり、金属含有量と質量の間に相関関係がある可能性があることが示唆されています。

天文学者たちは、水素やヘリウムなどのガスではなく、より大量の氷、岩石、金属が海王星と天王星の形成に関与したと考えています。

ウェッブ氏のデータは、HD 189733b の重金属レベルが木星のレベルと類似していることも示しました。

「この新しい測定結果は、（惑星内の）金属濃度が実際に、惑星の組成がその質量と半径に応じてどのように変化するかというこの研究にとって非常に重要な支点となったことを証明するものです」とフー氏は語った。 「この結果は、主核の形成後により固体の物質を生成し、それを重金属で自然に強化することによって惑星がどのように形成されるのかについての理解を裏付けるものです。」と彼は付け加えた。

今後、研究チームは他の系外惑星で硫黄の痕跡を探し、高濃度の硫黄化合物がいくつかの惑星が主星に対してどの程度密接に形成されたかに影響を与えるかどうかを判断する予定だ。

「HD 189733b は基準惑星ですが、それは 1 つのデータ ポイントにすぎません。個人としての人間が独自の特性を示すのと同じように、私たちの集団行動は明確な傾向とパターンに従っています。ウェブからのより多くのデータセットを使用して、私たちは理解することを目指しています。」惑星がどのように形成されるか、そして私たちのシステムはどうか… 「太陽系は銀河系の中で唯一のものです。」