非常に薄い「綿菓子」のような系外惑星の発見は科学者に衝撃 – 「この惑星がどのように形成されたのか説明できない」

天文学者らは、WASP-193bと呼ばれる巨大な低密度惑星を発見した。この惑星は私たちの惑星よりも50％大きい。 木星 でも綿菓子のような密度があります。 科学者はそのような惑星がどのように形成されるかを説明できないため、この発見は現在の惑星形成理論に疑問を投げかけます。

天文学者たちは、私たちの銀河系の遠い恒星の周りを周回する惑星の巨大でふわふわしたエイリアンボールを発見した 天の川 銀河。 この発見は5月14日の雑誌で報告された 自然天文学 の研究者による マサチューセッツ工科大学ベルギーのリエージュ大学などで行われたこの発見は、これらの超軽量巨大惑星がどのように形成されるかという謎を解明する有望な鍵となる。

WASP-193bと呼ばれるこの新しい惑星は、木星ほどの大きさの矮星のように見えますが、その密度はその数分の一です。 科学者らは、この巨大ガス惑星は木星よりも50%大きく、密度は木星より約10分の1で非常に低く、綿菓子の密度に似ていることを発見した。

WASP-193b は、これまでに発見された惑星の中で最小のものに次いで 2 番目に軽い惑星です。 ネプチューン-Like the World、ケプラー 51d。 この新しい惑星のサイズははるかに大きく、密度が非常に軽いため、WASP-193b はこれまでに発見された 5,400 以上の惑星の中でも例外的な存在となっています。

「これほど密度が小さい巨大天体を発見するのは、本当に非常に珍しいことです」と、この研究の筆頭著者でありMITの博士研究員であるカレド・アル・バルカウィ氏は言う。 「ふくらみのある木星と呼ばれる惑星のクラスがあり、それらが何であるかについては 15 年間謎に包まれてきました。これはそのクラスの極端な例です。

「私たちが現在持っているすべての形成理論の中で、この惑星をどこに位置づけるべきかわかりません。なぜなら、それはすべての理論の中で異常だからです」と共同主著者であり、アンダルシア天体物理学研究所の上級研究員フランシスコ・ポズエロスは付け加えた。 スペインで。 「古典的な進化モデルに基づいてこの惑星がどのように形成されたのかを説明することはできません。その大気を詳しく調べることで、この惑星の進化の経路を知ることができます。」

MIT の研究の共著者には、MIT 地球大気惑星科学部助教授の Julian de Wit 氏、MIT 博士研究員 Artem Burdanov 氏、およびヨーロッパ各地の複数の機関の共同研究者が含まれています。

WASP-193b システムのアーティストの印象。 クレジット: リエージュ大学

「面白い展開」

この新しい惑星は、北半球と南半球に 1 つずつある 2 つのロボット天文台を共同で運営する学術機関間の国際協力である惑星広角探索プロジェクト (WASP) によって最初に発見されました。 各天文台は、広角カメラの配列を使用して、空全体の何千もの個々の星の明るさを測定します。

2006年から2008年、そして2011年から2012年にかけて実施された調査で、WASP南天文台は、地球から1,232年離れた太陽に似た明るい恒星であるWASP-193の周期的な通過、つまり光の減光を検出した。 。 天文学者らは、この星の明るさが周期的に低下するのは、惑星がその星の周りを周回し、6.25日ごとにその光を遮断していることと一致すると判断した。 科学者たちは、この惑星が通過するたびに遮断する光の総量を測定し、この巨大な惑星の大きさを推定し、その大きさはスーパージュピターほどの大きさであった。

次に、天文学者たちは惑星の質量を測定しようとしました。この測定により、その密度が明らかになり、おそらくその組成の手がかりも得られるでしょう。 質量推定値を得るために、天文学者は通常、惑星が星の周りを周回する際に科学者が星のスペクトルや光のさまざまな波長を分析する手法である動径速度を使用します。 星のスペクトルは、その星が周回する惑星など、その星を引き寄せるものに応じて特定の方法で変化することがあります。 惑星の質量が大きくなり、恒星に近づくほどスペクトルの変化が大きくなり、この歪みが科学者に惑星の質量の考え方を与える可能性があります。

WASP-193 b については、天文学者はさまざまな地上の望遠鏡で撮影されたこの星の追加の高解像度スペクトルを取得し、動径速度を使って惑星の質量を計算しようと試みました。 しかし、結局のところ、惑星が軽すぎて恒星上で検出できないため、空の星が現れ続けました。

「大きな惑星は通常、質量が大きく、恒星に大きな影響を与えるため、検出は非常に簡単です」とデ・ウィット氏は説明する。 「しかし、この惑星の難しかったのは、巨大ではあるものの、その質量と密度が非常に低いため、動径速度技術だけを使って検出するのが非常に困難だったということです。これは興味深い開発でした。」

」[WASP-193b] 「非常に穏やかな信号なので、データを収集して大規模な信号があったことを示すのに4年かかりましたが、実際には非常に小さいです」とバルカウィ氏は言う。

「当初は非常に低い密度が得られていましたが、最初は信じられませんでした」とブズエロス氏は付け加えます。 「これは非常にまれなことなので、これが惑星の真の密度であることを確認するために、すべてのデータを分析するプロセスを数回繰り返しました。」

膨張した世界

最終的に、研究チームはこの惑星が確かに非常に軽いことを確認した。 彼らはその質量が木星の約0.14であると計算した。 その質量から求めた密度は、1立方センチメートルあたり約0.059グラムでした。 対照的に、木星の重さは 1 立方センチメートルあたり約 1.33 グラムです。 地球は1立方センチメートルあたり5.51グラム大きいです。 おそらく、この新しいふわふわした惑星に密度が最も近い物質は綿菓子であり、その密度は立方センチメートルあたり約 0.05 グラムです。

「地球は非常に軽いので、同等の固体物質を考えるのは困難です」とバルカウィ氏は言います。 「綿菓子に近いのは、どちらも固体ではなく、主に軽い気体でできているからです。地球は基本的に非常に薄いのです。」

研究者らは、銀河内の他のほとんどの巨大ガス惑星と同様に、この新しい惑星は主に水素とヘリウムで構成されているのではないかと考えている。 WASP-193b の場合、これらのガスは木星の大気を超えて数万キロメートルに及ぶ非常に膨らんだ大気を形成している可能性があります。 どのようにして惑星がこれほどまでに膨張し、なおかつそのような極度の軽い密度を維持できるのかという疑問は、既存の惑星形成理論ではまだ答えることができません。

新しい薄い世界のより良い全体像を把握するために、チームは以前に開発されたD-Wit技術を使用して、最初にさまざまな深さの温度、組成、圧力など、惑星の大気の特定の特性を導き出すことを計画しています。 これらの特性を使用して、惑星の質量を正確に計算できます。 今のところ、研究チームはWASP-193bがWASP-193bなどの天文台による追跡研究の理想的な候補であると考えている。 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡。

「惑星の大気が大きければ大きいほど、より多くの光が通過できます」とデ・ウィット氏は言います。 「したがって、この惑星は明らかに大気の影響を研究するための最良のターゲットの一つであり、膨らんだ木星の謎を解明するためのロゼッタストーンとして役立つでしょう。」

参考文献: 「木星サイズの惑星 WASP-193 b の周囲に広がった低密度大気」、Khaled Al-Barqawi、Francisco J. ボズエロス、コイル ヒリアー、バリー スモーリー、ルイーズ D. ニールセン、プラジワル・ニラウラ、マイケル・ギロン、ジュリアン・デ・ウィット、サイモン・ミュラー、キャロライン・ドーン、ラビット・ヘルド、エマニュエル・ジェヒン、ブライス・オリヴィエ・ドゥモーレ、ヴァレリー・ファン・グローテル、アブデラフマン・セプキュー、ムラド・ガシュイ、デヴィッド。 アンダーソン、ズハイル ベン カルドゥン、フランソワ ブーシー、アルテム ボルダノフ、レティシア デリス、エルサ デュクロ、レオネル ガルシア、アブデルハディ アル ジャブリ、モニカ リンデル、ピエール F. L. マックステッド、カトリオナ A. マレー、ピーター・ベルマン・ペダーセン、ディディエ・キロ、ダニエル・セバスチャン、オリバー・ターナー、ステファン・オードリー、マチルド・ティマーマンス、アマウリー・H・M・G・トライオード、リチャード・G・ウェスト、2024年5月14日、 自然天文学。
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

この研究は、大学協会と英国科学技術施設評議会の WASP から一部資金提供を受けました。 欧州研究評議会; ワロン・ブリュッセル連合。 アルテミスや他の SPECULOOS 望遠鏡を支援するハイシング・シモンズ財団、コリン・マッソン、レスリー・マッソン、ピーター A. ギルマン。