ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は初めて、遠く離れたガス状の大気が二酸化炭素で満たされていることを明らかにした。

NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、科学的発見の熱い夏を続けている。太陽系外惑星の大気中に二酸化炭素が存在するという初めての明確な証拠を発見したのだ。この発見は、ネイチャー誌に掲載されることが承認されている。太陽系外惑星、または太陽系外惑星とは、太陽系の外にある惑星のことである。そのほとんどは、地球が太陽の周りを回るのと同じように他の恒星の周りを回っているが、中には自由に浮遊する太陽系外惑星 (別名、放浪惑星) もあり、他の恒星に縛られずに銀河の中心を回っている。

この新たな発見は、画期的な JWST が将来、より小さな岩石惑星の薄い大気中の二酸化炭素などの重要な分子を検出し、測定できるようになるかもしれないことを意味します。このようなデータは、科学者に銀河の惑星の形成、構成、進化に関する洞察を与えます。

太陽系外惑星WASP-39bは2011年に初めて発見されました。7年後、NASAのハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡はWASP-39bの大気中に水蒸気、ナトリウム、カリウムを検出し、惑星の周りで何が起こっているかを垣間見せてくれました。2022年、WASP-39bはJWSTによって研究された最初の太陽系外惑星となりました。

地球から約 700 光年離れたところで回転する WASP-39b は、土星とほぼ同じ質量を持つ高温のガス巨星ですが、直径は木星 (太陽系最大の惑星) の約 1.3 倍です。この惑星が膨らんでいるのは、温度が約 1,600 度 (摂氏 900 度) であることも一因で、「高温の土星」というあだ名が付けられています。WASP-39b が終わりのない夏を過ごしているのは、太陽系のより低温でコンパクトなガス巨星とは異なり、恒星の周りを非常に近く回っているためです。非常に近いため、恒星の周りを 1 周、つまり 1「年」を地球の 4 日強で完了します。

[関連: NASA の公式太陽系外惑星の数が 5,000 を超えました。]

WASP-39b は、地上からその主星の光が周期的に暗くなる現象を検出して初めて報告されました。これは、日食のように、惑星が主星の前を通過するときに、主星の光が暗くなる現象です。通過、つまり日食のような現象は、研究者にとって惑星の大気を調査する絶好の機会となります。

NASA によると、ガスによって吸収する色の組み合わせは異なるため、研究者は「波長スペクトル全体にわたる透過光の明るさのわずかな違いを分析して、大気が何でできているかを正確に判断できる」という。WASP-39b の膨張した大気と頻繁な通過の組み合わせは、透過分光法と呼ばれる技術の完璧なターゲットとなっている。

研究チームは、これらの観測にJWSTの近赤外線分光器（NIRSpec）を使用した。「画面にデータが現れた瞬間、二酸化炭素の量がものすごい量で私を魅了しました」と、今回の調査を担当したJWSTトランジット系外惑星コミュニティ早期リリース科学チームのメンバーで、ジョンズ・ホプキンス大学の大学院生であるザファル・ルスタムクロフ氏は声明で述べた。「系外惑星科学の重要な境界を越えた特別な瞬間でした」

[関連: 新たに発見された太陽系外惑星は水に覆われた「スーパーアース」である可能性がある。]

NASA の報告によると、太陽系外惑星の透過スペクトルの 3 ～ 5.5 ミクロンの範囲で、これほど多くの単色の明るさの微妙な違いを測定するのは、研究者にとって初めてのことだ。太陽系外惑星のガス、水、メタン、二酸化炭素の量を測定するには、スペクトルのこの部分にアクセスすることが重要だ。

「WASP-39 bでこのように明確な二酸化炭素の信号を検出したことは、より小型の地球サイズの惑星の大気の検出にとって良い前兆となる」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校のチームリーダー、ナタリー・バターリャ氏はNASAの声明で述べた。

科学者にとって、惑星の大気を構成するものを理解することは、その起源と進化を知る手がかりとなるため重要である。「二酸化炭素分子は、惑星形成の歴史を敏感に追跡するものです」とアリゾナ州立大学の研究チームメンバーであるマイク・ライン氏はNASAの声明で述べた。「この二酸化炭素の特徴を測定することで、この巨大ガス惑星の形成に固体物質と気体物質がどれだけ使われたかを判断することができます。今後10年間、JWSTはさまざまな惑星でこの測定を行い、惑星形成の詳細と太陽系の独自性に関する洞察を提供します。」