地球の73倍の質量を持つ非ガス巨人が発見者を困惑させている – Ars Technica

科学者たちは、系外惑星の存在が知られる前から、惑星形成のモデルの開発に取り組んできました。 これらのモデルはもともと太陽系の惑星の特性によって導かれており、スーパーアースや高温の海王星など、太陽系に同等のものが存在しない系外惑星を考慮するのに非常に優れていることが示されています。 これに加えて、重力相互作用のおかげで惑星が移動する能力もあり、通常は系外惑星の特性を考慮することができます。

今日、大規模な国際研究チームが、私たちのモデルでは説明できない何かの発見を発表しました。 大きさは海王星とほぼ同じですが、4倍大きいです。 その密度は鉄の密度よりもはるかに高く、惑星全体がほぼ完全に固体であるか、惑星全体が水没するほどの深さの海があることに相当します。 それを発見した人々は、その形成について 2 つの理論を提示していますが、どちらも特に可能性は高くありません。

奇妙な見知らぬ人

この新しい惑星の研究は、現在多くの人が行っているのと同じように始まりました。この惑星は、トランジット系外惑星調査 (TOI、TESS Object of Interest) 衛星によって対象物として特定されました。 TOI-1853は太陽より少し小さい恒星で、質量は約0.8倍です。 現在 TOI-1853 b と呼ばれている惑星の存在を示す明らかな兆候がこの星の近くにありました。 この惑星は主星の近くを公転し、1.24日で全周を完了します。

研究者らはその時間を利用して、惑星が回転する距離を決定した。 その距離、星の大きさ、惑星が遮る光の量の組み合わせに基づいて、惑星の大きさを推定することが可能です。 これは地球の半径の約 3.5 倍であることが判明し、海王星よりわずかに小さいことを意味します。

これ自体は珍しいことではありません。 海王星サイズの惑星が多数発見されています。 しかし、その大きさと星への近さの組み合わせは予想外だった。 そして、それは、星からの強烈な放射線が惑星の大気から放射される、いわゆる「熱い海王星の砂漠」に配置されます。 熱い砂漠状態に到達した海王星は、最終的に岩石の核を剥ぎ取られ、スーパーアースとなります。

では、TOI-1853 bは砂漠で何をしていたのでしょうか? それを調べるために、研究者らは地上の天文台を使用して、TOI-1853 b が軌道を移動するにつれて重力が変化する際の主星の動きを追跡した。 この抗力による星の運動の加速度は、惑星の質量を推定するために使用できます。

TOI-1853 b は たくさん ミサから。 その質量は地球の質量の73倍、または海王星の質量の4倍以上と推定されています。 明らかに、これはその組成が海王星の組成とは完全に異なるに違いないことを意味します。

中も外もカリカリ？

その発見に関わった研究者たちは、TOI-1853 がいかに奇妙であるかを説明するかなりの文章を費やしています。 同様の密度を持つ惑星がいくつかありますが、通常ははるかに小さく、海王星のような惑星を大気から剥ぎ取ることによって形成されたスーパーアースです。 同様の質量を持っているが、約 2 倍の質量を持ち、広大な大気や海洋を持つ可能性が高い惑星が存在します。 「それは軌道星団の一領域を占めています [distance] 研究者らは、「これまで天体が存在しなかった高温惑星の領域は、高温の海王星砂漠のより乾燥した領域に相当する」と結論づけた。

奇妙さはそれだけではありません。 ここでの密度を考慮すると、意味のある組み合わせが 2 つあります。 1つは、この惑星は地球と同じようにほぼ完全に岩石でできており、非常に薄い大気がその質量のせいぜい1パーセントを占めるということです。 別の方法は、塊が岩石の核と巨大な水の層の間に均等に分布しているというものです。

もちろん、これは私たちが知っているような水ではありません。 主星に近いことと、その大きな海洋からの巨大な圧力を考慮すると、その水の少なくとも一部は超臨界状態にあり、岩石の中心付近の圧力によって水は高圧の固体を形成することになる。 心の中も同様に奇妙になるでしょう。 研究者らは、「このような高い中心圧力における材料の特性は依然として不確実である」と述べています。

私たちはその現在を理解するのに苦労するだけでなく、その過去のことになると途方に暮れます。 小さな塵粒子は、TOI-1853 bが現在の質量に達する前に、惑星形成円盤からの蓄積を停止するでしょう。これは、より小さな惑星であっても円盤を破壊する可能性があるためです。 現在の場所では固体が凝縮しにくいため、この場所で形成された可能性は低いです。

可能性は 2 つありますが、可能性は低いです

研究者らは 2 つの可能性を示唆しています。 1つは、微惑星のグループがより遠くで形成され、その後円盤が徐々に蒸発するにつれてそれらの軌道が不安定になったというものです。 これにより衝突が起こり、複数の惑星が粉砕され、その破片が単一の天体を形成した可能性があります。 しかし、これらのプロセスは単一の物体を形成しない傾向があり、地球に相当する物質の 73% を運ぶには多くの惑星が必要になる可能性があります。

もう一つの考えは、いくつかの巨大ガス惑星がはるか遠くから形成され、その後互いの軌道を不安定にし、そのうちの1つが高度に離心し、軌道の一部が主星に非常に近くなったというものである。 これにより、惑星形成円盤の内部から物質を収集できるようになり、その過程で木星に似た惑星の質量をほぼ2倍にすることができる可能性がある。 その最大軌道により、大気を星に移すことも可能になります。 これらのプロセスが完了すると、惑星と恒星の間の潮汐相互作用により、最終的にはその軌道がより規則的になるでしょう。

これらの考えられる形成メカニズムには物理的に不可能なことは何もありませんが、どちらも一連の予期せぬ出来事が必要です。 宇宙は広いので、これらのことはどこかで起こる可能性がありますが、その結果がすぐに見つかると期待するのは無理があるように思えます。

TOI-1853 b の起源を理解するのに役立つかもしれないことの 1 つは、この系内に他の惑星が存在することです。これは、この外側の系の内部で何が起こっていたのかを理解するのに役立つかもしれません。 TOI-1853 b は非常に大きく、非常に接近しているため、大量の信号を発しており、この星系内の他の惑星を検出するのは困難だっただろう。 研究者らは、10個もの巨大な地球星がこの星の近くを周回している可能性があり、私たちはそれを見逃していただろうと推定している。 継続的なフィードバックがシステムを理解する鍵となる可能性があります。

自然、2023 年。DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 （デジタルIDについて）。