JWST、木星の6倍の大きさの新しい太陽系外惑星を発見

7月24日にネイチャー誌に掲載された新しい研究で、世界中の19人の科学者からなるチームが、恒星Eps Ind Aを周回する新しい超巨大太陽系外惑星を発見したと報告している。Eps Ind Abと名付けられたこの惑星は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）で観測され、質量は木星の少なくとも6倍である。温度が約-280ケルビンのEps Ind Abは、これまで直接撮影された太陽系外惑星の中で最も低温である。

研究の共著者でマックス・プランク天文学研究所のポスドク研究員であるエリザベス・マシューズ氏によると、Eps Ind Abのような冷たい超巨星惑星は、その暗さと、その放射する光の多くが電磁スペクトルの中赤外線領域に属するため、発見が難しいという。中赤外線は地球から研究するのが難しいため、JWST、そしてまさにこの電磁スペクトル領域を研究する望遠鏡やカメラが、この発見に不可欠となる。

「JWSTが登場するまでは、惑星と恒星を空間的に分離できるほど大きく、中赤外線の波長に十分感度のある望遠鏡がなかったのです」とマシューズ氏は言う。

Eps Ind Aを周回する巨大惑星の存在は2019年に初めて推測され、その特性に関するさらなる予測は2023年2月と7月に発表された2つの論文でなされました。しかし、チームがJWSTのデータを調べたとき、彼らは予想とはまったく異なる惑星を発見しました。

Eps Ind A は、科学者がこれまで考えていたよりもかなり大きく、主星からも遠かった。しかし、この惑星は他の謎も抱えていた。この惑星は、JWST が調査した中間赤外線の波長では非常に明るい。マシューズ氏が言うように、「これまで地上から検出されていなかったことに驚きました」。ほとんどのモデルでは、これらの波長で Eps Ind Ab と同じくらい明るい惑星は、他の波長でも明るいと予測されている。具体的には、Eps Ind A 系がすでに詳細に調査されている波長である。

これらの観測では Eps Ind Ab は検出されなかったため、実際には 4µm の波長では明るくないことが示唆されている。研究チームは、これは惑星の大気に 4µm の範囲の光を吸収する化合物が豊富に含まれているためではないかと推測している。マシューズ氏は、一酸化炭素と二酸化炭素、そしてメタンがモデルの主要な構成要素である可能性があると考えている。この理論が正しければ、惑星には予想外にそのような化合物が豊富に含まれていたことになり、惑星の形成方法についてさらに疑問が生じることになる。

「これほど多くの重い元素を含む惑星がどのようにして形成されたのか、モデルを思いつくのは少し難しい」とマシューズ氏は言う。

しかし、彼女は、これらの元素の存在に関する理論を確認するには、さらなるデータが必要であると警告している。研究チームは、惑星の大気組成を直接測定できる JWST の分光装置を使用して惑星の大気を調べることを望んでいる。

Eps Ind Ab は、今後、集中的な研究の対象になることが期待されています。この惑星自体、つまり大気の組成や形成過程に関する未解決の疑問があります。しかし、この探査機は、比較的珍しい種類の太陽系外惑星を直接観測する機会を提供し、科学者が理論モデルをテストするための優れた実世界のデータ源となるという事実もあります。

「天文学ではほとんどの場合、恒星、褐色矮星、惑星の明るさしか測定できません」とマシューズ氏は説明します。「明るさに基づいて、それらの天体の質量を推測できるようにしたいことがよくあります。」

これを実現するために、科学者たちは明るさと質量を関連付けるモデルを開発しています。これらのモデルはこれらの天体の形成と進化をシミュレートするものであり、Eps Ind Ab は科学者たちに低温域での熱進化モデルをテストする最初の機会を提供しました。論文が述べているように、結果は有望でした。「惑星の最適な温度は理論上の熱進化モデルと一致しています。」

最後に、Eps Ind Ab とその親星は、チームが「広く離れた褐色矮星連星」と表現する系に重力的に結びついています。マシューズ氏は、両方の褐色矮星は、Eps Ind Ab とその親星と同じ時期に、同じ物質から形成された可能性が高いと述べています。4 つの天体すべてがおそらく同じ起源を持っていることがわかったため、2 つの系の研究は「形成と進化のモデルをテストするのに非常に価値がある」と彼女は言います。

JWST は、この分野でもより多くの情報を提供することを約束しており、褐色矮星の観測により、チームはその大気の化学組成を Eps Ind Ab のそれと比較できるようになる予定です。