恒星は必ず惑星よりも質量が大きいのでしょうか?この「禁断の」惑星は固定観念を打ち破ります!

この「禁断の」太陽系外惑星は、その恒星に対して大きすぎる

「この発見は、我々の宇宙に対する理解がいかに浅薄であるかを思い知らせてくれる。これほど低質量の恒星の周りにこれほど重い惑星が存在するとは予想もしていなかった。」

低質量の恒星を周回する巨大惑星の画像

（写真提供：ペンシルベニア州立大学）

天文学者たちは、太陽系の外に、そのような世界が存在するには小さすぎる超低温の矮星を周回する巨大な惑星、いわゆる「太陽系外惑星」を発見した。これは、惑星や惑星系がどのように誕生するかについての科学者のモデルに疑問を投げかけるものだ。

LHS 3154 bと名付けられたこの惑星は、地球の13倍の質量を持ち、太陽系の氷の巨星である海王星と質量が似ているが、太陽の9分の1の質量を持つ小さな矮星の周りをしっかりと周回している。

これは、この海王星のような世界とその親星である約51光年離れたLHS 3154との質量比が、地球と太陽の質量比の100倍であることを意味しますが、研究者たちはそれは不可能だと考えていました。宇宙でこれほどの質量を持つ惑星が、より小さな恒星の周囲に発見されたのは初めてだ。

「この発見は、我々が宇宙についていかに知らないかということを思い知らせるものだ」と、ペンシルベニア州立大学のヴァーン・M・ウィラマン天文学・天体物理学教授で、この研究の共著者であるスブラス・マハデヴァン氏は声明で述べた。 「これほど低質量の恒星の周りにこれほど重い惑星が存在するとは考えられませんでした。」

星と惑星の誕生に挑む

星は、ガスと塵の巨大な雲が高密度の塊となって成長し、最終的には自らの重力によって崩壊することで形成されます。このように、若い星は「原始惑星系円盤」と呼ばれる残留物質に囲まれています。

名前が示すように、科学者たちは、この残った物質の円盤から最終的に惑星が形成されると考えています。星形成から残った物質の量によって、これらの潜在的な惑星の大きさが制限されます。

研究チームは、LHS 3154 bの惑星核は非常に重いため、その起源となった惑星形成ディスクには大量の固体物質が含まれていたに違いないと結論付けた。簡単に言えば、現在のモデルが予測するよりも多くの物質が存在するはずだと、ペンシルベニア州立大学の天文学大学院生、ミーガン・デラマー氏は説明した。

したがって、この特別な太陽系外惑星の発見は、星の形成に関する疑問も提起します。これは、LHS 3154 の初期の原始惑星系円盤における塵と質量の比と塵とガスの比が、LHS 3154 b のような巨大な海王星のような世界を生み出すためには、予測よりも 10 倍高くなければならなかったためです。

「低質量星LHS 3154の周りの惑星形成円盤には、この惑星を形成するのに十分な固体質量がないと予想される」とマハデヴァン氏は説明した。 「しかし、それは存在するので、今私たちは惑星や恒星がどのように形成されるかについての理解を再検討する必要がある。」 「

(左) 地球・太陽系 (右) 新たに発見された太陽系外惑星 LHS 3154 b とその恒星系 (画像提供: ペンシルベニア州立大学)

居住可能領域惑星探査機が期待を上回る

マハデヴァン氏とその同僚は、テキサス州マクドナルド天文台のホビー・エバリー望遠鏡に搭載されたハビタブルゾーン惑星ファインダー（HPF）天文分光器を使用して、太陽系外惑星LHS 3154 bを発見した。 HPF は、天の川銀河の最も低温の恒星の周りを周回する太陽系外惑星を検出するように設計されています。

実際、マハデヴァン氏とチームは、生命にとって重要な条件である液体の水を保持できないため、恒星から近すぎず遠すぎない惑星に焦点を当てたこの機器の構築に協力した。これらの惑星は、その恒星の周りのいわゆるハビタブルゾーンに位置しています。

こうした惑星を見つけるのは容易ではない。その理由の 1 つは、低温の恒星の居住可能領域が、私たちの惑星よりもずっと近いためである。つまり、これらの惑星は、比較的小さな親星からの光によって遮られることが多いのです。

さらに、惑星自体も小さいと予想されており、検出がより困難になっています。 「星をキャンプファイヤーのようなものだと考えてください。火が冷たければ冷たいほど、暖を取るために火に近づく必要があります」とマハデヴァン氏は言う。 「同じことが惑星にも当てはまります。恒星の温度が低い場合、惑星は液体の水が存在するのに十分な温度になるように恒星に近づく必要があります。」

「惑星が超低温の恒星に十分近い軌道を回っている場合、軌道を回る惑星に引っ張られる恒星のスペクトル、つまり光の色に生じる非常に微妙な変化を観察することで、惑星を検出できます。」

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LHS 3154 b の検出は、この装置が太陽系外惑星に関する重要な結果をもたらす可能性を示しているため、HPF にとって非常に重要です。チームメンバーであり、プリンストン大学のNASA天体物理学のセーガン研究員は、この結果は機器に対するすべての期待を上回るものだったと語った。

「我々の発見は、惑星形成に関する既存の理論すべてにとって極端なテストケースとなる」とマハデヴァン氏は結論付けた。 「これがまさに私たちがHPFを作った目的です。天の川銀河で最も一般的な恒星がどのように惑星を形成するかを発見し、それらの惑星を見つけるのです。」

著者: ロバート・リー

年度: 33

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