巨大な綿菓子のような太陽系外惑星が天文学者を困惑させる

低密度の「綿菓子惑星」は、天文学者にとって依然として宇宙の謎である。太陽系外惑星WASP-193bは、ガス巨星木星より50パーセント大きいにもかかわらず、密度は7分の1である。5月14日にネイチャー・アストロノミー誌に発表された研究によると、この極端に低い密度は、軽くてふわふわした綿菓子に匹敵するという。

「WASP-193bは、はるかに小さいケプラー51dに次いで、これまでに発見された2番目に密度の低い惑星です」と、ベルギーのリエージュ大学の研究共著者で博士研究員のハリド・バルカウイ氏は声明で述べた。

研究チームによれば、WASP-193b の密度は極めて低く、科学者が発見した 5,000 個を超える太陽系外惑星の中でも大きな異常現象だという。

「この極端に低い密度は、これまでに発見された5000個以上の太陽系外惑星の中でも本当に異例だ」とバルカウイ氏は言う。「この極端に低い密度は、非現実的な核なし構造という仮定の下でも、放射線を浴びた巨大ガス惑星の標準モデルでは再現できない。」

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WASP-193b は地球から約 1,200 光年離れています。この惑星は 2009 年に広角惑星探査 (WASP) によって初めて発見されました。この学術機関の国際協力は北半球と南半球に 1 台のロボット観測所を運営していました。各観測所は複数の広角カメラを使用して、空全体の何千もの個々の星の明るさを測定しました。WASP-South 観測所は、恒星 WASP-193 からの周期的な光の低下 (トランジットと呼ばれる) を検出しました。この周期的な光の低下は、惑星が 6.25 日ごとに恒星の前を通過することと一致していました。天文学者はその後、各トランジットで惑星が遮る光の量を測定し、惑星の大きさを推定しました。

この研究では、研究チームはチリのTRAPPIST-South観測所とSPECULOOS-South観測所からの観測結果を使用して、WASP-193bのさまざまな波長の信号を測定し、それが惑星であることを確認しました。また、HARPSとCORALIE分光器によって収集されたデータを使用して、惑星の質量を測定されました。

これらすべての測定から、WASP-193b の密度は驚くほど低いという驚くべき結論が導き出されました。その質量と大きさは木星の約 0.14 と 1.5 です。つまり、その密度は 1 立方センチメートルあたり約 0.059 グラムです。比較すると、綿菓子の密度は 1 立方センチメートルあたり約 0.05 グラム、地球の密度は 1 立方センチメートルあたり 5.51 グラムです。

「この惑星は非常に軽いため、類似の固体物質を思いつくのは難しい」と、研究の共著者でマサチューセッツ工科大学の惑星科学者ジュリアン・デ・ウィット氏は声明で述べた。「綿菓子に近いのは、どちらもほとんど空気だからだ。この惑星は基本的に超ふわふわしている」

研究チームは、WASP-193b は主に水素とヘリウムでできていると考えている。これらのガスは、木星の嵐のような大気よりも何万マイルも離れた場所で、非常に膨張した大気を形成する可能性がある。これほど膨張するには、惑星内部の奥深くに大量のエネルギーを蓄える必要があるため、惑星がどのようにしてこれほど膨張できるのかはまだ正確にはわかっていない。

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「この惑星は、現在考えられている形成理論のどこに位置づけられるか分からない。なぜなら、この惑星はどの理論からも外れているからだ」と、スペインのアンダルシア天体物理学研究所の天文学者で、研究の共著者でもあるフランシスコ・ポズエロス氏は声明で述べた。「この惑星がどのように形成されたかは説明できない。大気をもっと詳しく観察すれば、この惑星の進化の道筋を限定できるだろう」

研究チームは、今後の研究でジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による測定が、このバウンシーキャッスルレベルのインフレーションの背後にあるメカニズムの解明に役立つことを期待している。