JWST が記録破りの「失敗した星」を発見

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を使った研究チームが、これまでに記録された中で最小の浮遊性褐色矮星と、他の2つの「失敗した恒星」を発見した。これらは地球からわずか1,000光年離れた星団に位置し、親星とは関連がない。この発見は12月13日に天文学ジャーナル誌に掲載され、天文学者が恒星と惑星の境界をより正確に特定するのに役立つかもしれない。

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失敗した星

褐色矮星は、惑星よりも質量が大きいが、恒星ほど大きくない天体です。褐色矮星は恒星と同じように形成され、自身の重力で崩壊するほどの密度になりますが、恒星になるために必要な水素の核融合を開始できるほどの密度と温度にはなりません。そのため、「失敗した恒星」というあだ名が付けられています。

JWST が発見した褐色矮星の質量は木星の約 8 倍です。一方、これらの恒星の中で最も小さい恒星の質量は木星の約 3 倍で、このことはこの種の天体の形成方法に関する現在の理論に疑問を投げかけています。天文学者は JWST を使用して、恒星のような方法で形成できる最小の天体が何であるかを特定しようとしています。

「どの天文学の教科書にも載っている基本的な疑問の一つは、最も小さな星とは何か？ということだ。私たちはその答えを見つけようとしている」と、研究の共著者でペンシルベニア州立大学の天文学者ケビン・ルーマン氏は声明で述べた。

空を探索する

ルーマン氏と同僚のカタリーナ・アルベス・デ・オリベイラ氏は、星団 IC 348 から探索を開始しました。この星団は、ペルセウス座の星形成領域にあり、地球から約 1,000 光年しか離れていません。星団 IC 348 は比較的若く、誕生からわずか 500 万年ほどです。その年齢のため、褐色矮星は赤外線で比較的明るく、形成時の熱で輝いているはずです。

研究チームは、JWST の近赤外線カメラ (NIRCam) で星団の中心を撮影し、明るさと色から褐色矮星の候補を特定しました。次に、望遠鏡の近赤外線分光器 (NIRSpec) のマイクロシャッター アレイを使用して、最も有望な対象を調べました。JWST の赤外線に対する感度により、研究チームは他の地上望遠鏡よりも暗い天体を検出することができました。

彼らは星団を3つのターゲット候補に絞り込んだ。すべての星の重さは木星の3～8倍で、表面温度は華氏1,500～2,800度だった。チームのコンピューターモデルによると、最も小さなターゲットは木星の3～4倍の大きさで、星形成過程の手がかりとなる可能性がある。

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「現在のモデルでは、恒星の周りの円盤内に巨大惑星を作るのはかなり簡単です」と、研究の共著者で欧州宇宙機関（ESA）の天文学者カタリナ・アルベス・デ・オリベイラ氏は声明で述べた。「しかし、このクラスターでは、この天体が円盤内で形成される可能性は低く、恒星のように形成されるでしょう。また、木星の3倍の質量は太陽の300分の1です。ですから、このような非常に小さな質量で星形成プロセスがどのように行われるのか、という疑問が生じます。」

奇妙な分子

極小の褐色矮星は、最も小さな既知の太陽系外惑星と重なるため、天文学者が太陽系外惑星をより深く理解するのにも役立ちます。一般に、これらの惑星は類似した特性を持つと予想されますが、自由に浮遊する褐色矮星は巨大な太陽系外惑星よりも研究しやすいです。通常、巨大な太陽系外惑星は主星のまぶしさに隠れてしまい、観測が難しくなります。

この研究で見つかった褐色矮星のうち 2 つには、水素と炭素原子の両方から構成される分子である未確認の炭化水素の存在を示す証拠も見られる。NASA のカッシーニ探査機は、土星とその衛星タイタンの大気、および恒星間のガス中に同じ赤外線シグネチャを検出した。

「太陽系外の天体の大気中にこの分子が検出されたのは今回が初めてです」とアルベス・デ・オリベイラ氏は言う。「褐色矮星の大気モデルではその存在は予測できません。私たちはこれまでよりも若く、質量の小さい天体を観察しており、新しくて予想外の現象を目にしています。」

星や惑星のアイデンティティ危機

褐色矮星は恒星と考えられるのか、それとも惑星系から放出された放浪惑星と考えられるのかという疑問が残る。この研究チームは、この研究における褐色矮星は、放出された惑星ではなく、褐色矮星である可能性が高いと主張している。

放浪惑星説は完全に否定できないが、可能性は低い。IC 348 星団の恒星のほとんどは低質量であり、研究チームは、これらの恒星が巨大な惑星を生み出す可能性は低いと考えている。また、この星団は 500 万年の歴史の中で、ガス巨星が形成され、惑星系から放出される時間が十分ではなかった可能性もある。

こうした褐色矮星のような天体をさらに発見すれば、恒星なのか惑星なのかが明らかになるかもしれない。いくつかの理論では、放浪惑星は星団の外れで発見される可能性が高いと示唆している。探索範囲を広げれば、IC 348 内に放浪惑星が存在するかどうかが明らかになるかもしれない。今後の研究では、より暗く小さな天体を見つけられるような、より長い調査が必要になるかもしれない。