「綿菓子」惑星が実際にはリングポップだったらどうなるでしょうか?

私たちの太陽系の外には、太陽の周りで見られるものとはまったく異なる惑星が多数あります。宇宙のキャンディショップには、リングポップ（土星のそれほど壮大ではないバージョン）、ホットタマレス（恒星に近く、燃えるように暑い木星のような惑星）、さらには綿菓子惑星（実際に食べる綿菓子と同じ密度を持つ、大きくふわふわしたガス巨星）もあります。

極度に密度が低い綿菓子のような太陽系外惑星（スーパーパフ）は、惑星がどのように形成されるかを解明しようとしている天文学者にとって大きな謎だ。そして、新たな研究によると、それらのいくつかは実際にはそれほどパフ状ではないかもしれない。

「このようにふわふわした惑星を形成するのは非常に難しい」と、この新しい研究の主執筆者であるイェール大学の天文学者タイガー・ルーは言う。「ガス惑星形成の標準的な考え方は、惑星は岩石の核から始まり、重力によって周囲からガスを引き寄せ、集積するというものだ…この標準モデルでは、綿菓子のような世界に必要なガスと岩石の比率を作り出すのに十分なガスを集積することはほぼ不可能であることが判明した。」

恒星に近いスーパーパフは、恒星が惑星の大気を加熱して膨らませた結果である可能性が高い。しかし、この加熱が機能するには恒星から遠すぎる奇妙なスーパーパフもいくつかある。その一例が、地球から約 350 光年離れた太陽に似た恒星の周りを 3 年周期で公転するガス巨星 HIP-41378 f 惑星だ。「この惑星では、一般に認められているパフのメカニズムはどれも、まったくあり得ない」と Lu 氏は説明する。

綿菓子惑星の密度が極めて低いという仮定は、トランジット深度、つまり惑星が恒星の前を通過するときに遮る光の量から来ていることに注意することが重要です。この量は惑星の大きさに比例します。つまり、大きな惑星はより多くの光を遮り、その逆もまた同様です。しかし、惑星が実際にはそれほど大きくなく、その光を遮る何か他のものがあるとしたらどうなるでしょうか?

「リングと衛星は、太陽系の十分に大きな惑星ではよくあることです」と、この新しい研究には関わっていないカンザス大学の天文学者、ヨニ・ブランデ氏は説明する。「では、私たちがすでに持っている太陽系外惑星の奇妙なデータの一部を、リングと衛星が説明できるかどうか試してみない手はないのではないでしょうか？」

ルー氏の研究によると、HIP-41378 f は重力によって揺さぶられ、横に傾き、惑星が通過するときにリングが都合よく見えるようになり、惑星が大きく見えるようになっている。「惑星が傾いていなければ、これらの薄いリングを真横から見てもほとんど見えないでしょう」とルー氏は言う。

興味深いことに、恒星に非常に近い惑星は同じように傾くことはあり得ない。つまり、これらの特定のスーパーパフは、リングではなく加熱というより伝統的な考えで説明できる可能性が高い。「したがって、スーパーパフが主星から遠いほど、リング仮説の可能性が高いのです」とルー氏は付け加える。

しかし、これらのリングは土星の象徴的な帯ほど壮大ではないだろう。HIP 41378 f の観測を説明するには、土星のリングの半分くらいのサイズがあれば十分だろう。さらに、土星のリングは氷でできているため、キラキラと輝き、私たちがよく知っていて愛しているリングのある惑星を作り出している。一方、HIP 41378 f は、宇宙の近隣地域の中でもずっと暖かい場所にあるため、リングは岩石質である可能性が高く、そのため、それほど明るく刺激的ではない。

天文学のほとんどの分野と同様に、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST) はここで大きな影響を与える可能性があります。著者らは、JWST は今後数年間で、この特定のスーパーパフが実際にはリング状の、それほどパフではない惑星であるという仮説を実際に検証できる可能性があると提案しています。また、これらの奇妙な太陽系外惑星の謎を解明するために、他の恒星の周りでもさらに多くのスーパーパフ観測が計画されています。「JWST による HIP 41378 f の観測はまだ計画されていないと思いますが、他の同様のスーパーパフ惑星はすでにいくつか観測されており、その結果はすぐに発表されるはずです」とブランデ氏は付け加えます。