この水に覆われた海王星サイズの太陽系外惑星は、新しい世界がどのように進化するかを知るのに役立つかもしれない

天文学者たちは、430光年離れた海王星サイズの惑星の大気中に水と雲を発見した。

銀河には惑星があふれていることはわかっているが、その惑星がどのようなものなのかについてはあまりわかっていない。望遠鏡を使えば、木星ほどの大きさの大きな惑星の大気をのぞき見ることができるが、より小さな天体は未だに発見されていない。しかし、本日Science 誌に発表された論文では、研究者らが海王星ほどの大きさの中規模の惑星に関するこれまでで最も詳細な研究の一部を発表している。

HAT-P-26b と名付けられたこの惑星は、沸騰するほどの高温 (1300 F) と、表面に着陸する前に押しつぶされてしまうほどの高圧に耐えられなければ、人間が住むことのできない世界です。しかし、これらのガスの世界を覗くことで、惑星がどのように形成されるか、そして私たちの太陽系が宇宙の中でいかにユニークであるかについて多くのことを知ることができます。

「海王星サイズの惑星は、宇宙に存在する最も一般的な惑星の1つです」と、NASAゴダード宇宙飛行センターで太陽系外惑星を研究している博士研究員ハンナ・ウェイクフォード氏は言う。「これらの惑星については、私たちがもっと詳しく知る必要があるのです。」

HAT-P-26b は主星に非常に近い軌道を周回するため、1 年の長さはわずか 4 日です。この惑星が地球と主星の間を通過する際、ウェイクフォード氏のチームはハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡を使用して、その大気中の分子を分析しました。

「私たちは、街灯の前を飛ぶ蚊のように、星からの光量の変化を観察しています」とウェイクフォード氏は言う。「大気中のさまざまな物質が、さまざまな方法で光を遮ります。」しかし、影を作るのではなく、大気中の分子は特定の波長の光を吸収し、他の波長の光を吸収しません。惑星が通過するときに星の光の組成がどのように変化するかを見ると、その大気中によく見られる分子が明らかになります。

研究者たちは、惑星の質量の30パーセントを占めるHAT-P-26bの厚い大気中に、水の明らかな痕跡を発見した。大気はほぼ完全に水素とヘリウムで構成されており、雲は比較的少ない。

「水蒸気のこれほど強い特徴が得られたのも初めてです」とウェイクフォード氏は言う。他の研究では、1つの波長しか分析できなかったり、地上の望遠鏡で十分な精度の測定ができなかったりして、研究が妨げられてきた。また、風変わりな雲が大気の成分測定の邪魔になることもある。

研究チームは大気中の水分量を利用して、HAT-P-26b の炭素や酸素などの重元素の量を推定することができた。そして、それらの重元素の量は予想よりも少ないことが判明し、この惑星が私たちの海王星とは異なる形で形成および/または進化したことを示唆している。

太陽系では、木星と土星には太陽の 5 倍と 10 倍の重元素が含まれています。海王星と天王星は太陽より小さいですが、重元素の含有量は太陽の約 100 倍とはるかに豊富です。科学者たちは、後者 2 つが太陽系の外縁部で形成され、重元素を運ぶ氷の破片の衝撃を受けたためだと考えていました。木星と土星は成長中の太陽の近くで形成されたため、氷の破片はそこに到達できませんでした。

しかし、HAT-P-26b には太陽の約 4.8 倍の重元素しか含まれていないため、この海王星サイズの惑星は、その恒星の近くで形成されたか、あるいは恒星の一生の後期に、氷の残骸がすべて除去された後に誕生したに違いない。

この発見は、太陽の外にある世界の驚くべき多様性を強調し、私たちの太陽系が他の惑星とまったく同じではない可能性を示唆している。

ウォーターフォード氏と同僚たちは、2018年にジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が打ち上げられれば、HAT-P-26bについて、特に大気中の炭素量など、さらに多くのことがわかるだろうと期待している。彼らはまた、太陽系の多様性と惑星形成についてさらに学ぶために、他の太陽系外惑星の大気を詳しく調べるつもりだ。

「天文学者たちは、これらの遠く離れた海王星質量の惑星の大気の調査を始めたばかりですが、ほぼすぐに、私たちの太陽系の傾向に反する例を発見しました」とウォーターフォード氏はプレス声明で述べた。「このような予想外の結果があるからこそ、私は異星惑星の大気の探査が本当に好きなのです。」