超臨界蒸気？隠された4番目の星？ケプラー望遠鏡が太陽系外の水の世界を発見

何年もの観測を経て、太陽系外惑星は生命に満ちていることが判明しました。データの背後に隠された世界が現れる

天文学者、水の世界かもしれない奇妙な連星系外惑星を発見

新たな研究によると、NASAの退役したケプラー宇宙望遠鏡によって発見された2つの惑星は半分が水でできている可能性があるという。

ケプラー138cとケプラー138dと呼ばれる2つの太陽系外惑星は、こと座に位置し、地球から218光年離れた恒星を周回している。 2014年、ケプラー宇宙望遠鏡のデータが科学者の関心を呼び起こした。彼らは、これらの遠い世界とその構成についてさらに詳しく知るために、ハッブル宇宙望遠鏡とNASAの現在は引退したスピッツァー宇宙望遠鏡を使って、2つの惑星を再訪することを決めた。驚くべきことに、それらはほとんど水です。

「地球よりわずかに大きいこの2つの惑星は、金属と岩石でできた巨大な球体で、地球の大型版のようなものだと考えていた。そのため『スーパーアース』と呼んでいる」と、カナダのモントリオール大学の惑星天体物理学者で、この研究の共著者であるビョルン・ベニック氏は声明で述べた。

「しかし、ケプラー138CとDは非常に異なっており、質量の大部分が水で構成されている可能性があることが判明した」と彼は語った。 「天文学者たちが長い間存在を仮定してきたタイプの惑星である『水の世界』であると確認できる太陽系外惑星を観測したのはこれが初めてです。」

水蒸気を含む大気を持つ太陽系外惑星の想像図。 (画像提供: ESA/ハッブル、M. コールメッサー)

天文学者たちは、これらの惑星が本当に水に富んでいるかどうかまだ確信が持てず、また、それらの惑星に水が存在することを直接検出できていない。しかし、研究者たちは各惑星の密度を計算することができた。それらは地球の約3倍の大きさで、質量は2倍しかない。つまり、密度は地球よりもはるかに低いということだ。

（2つの惑星が非常に似ているという事実は驚きだった。科学者たちは、これら2つの惑星は非常に異なるものだと予想していたからだ。）密度が低いことから、どちらの世界も、ガス惑星を構成する水素とヘリウムよりも重いが、科学者たちが発見すると予想していた岩石質よりも軽い物質の少なくとも半分でできていることが示唆される。水もその1つである。

研究者たちは、この2つの惑星は太陽系の外縁部にある氷の衛星に多少似ており、氷の殻の下に液体の水の海が隠れ、岩石の核を取り囲んでいるのではないかと考えている。しかし、ケプラーが発見した2つの惑星はこれらの衛星よりもはるかに高温で、氷はごくわずかしか含まれていないだろう。

「木星と土星の水分に富んだ衛星であるエウロパやエンケラドゥスの大型版を想像してみてほしい。ただし、恒星にずっと近いところにある」と、モントリオール大学の博士課程の学生で、この新しい研究の主執筆者であるキャロライン・ピオレ氏は声明で述べた。 「ケプラー138cとケプラー138dの大気の温度は水の沸点を超えている可能性が高いため、水蒸気が主成分の厚い大気を持つと予想されます。」

太陽系外惑星ケプラー 138D と地球を比較した想像図。 (画像クレジット: Benoit Goujon、モントリオール大学)

（科学者たちは、蒸気の下には液体の水、あるいは高温高圧下でガスのように流れる液体の水、いわゆる超臨界液体が存在する可能性があると考えています。）

ハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡のデータで研究者が発見した驚きは、この2つの奇妙な惑星だけではなかった。当初、天文学者たちはケプラーの観測データを使って3つの惑星を発見し、2014年に発表した。ベネケ氏は最も外側にある惑星ケプラー138Dに特に興味を持っており、2014年から2016年にかけてハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー望遠鏡が行った観測結果を強調した。

これらのデータは、ケプラー138Eと呼ばれる4番目の惑星の存在を示唆している。それは38日周期で恒星の周りを公転する小さな世界であり、表面に液体の水が存在できるほど近い距離にあると科学者は述べた。 (ケプラー 138B と C の公転周期はそれぞれ 10 日と 14 日です。)

一方、追加の観測により、最も内側の惑星であるケプラー138bは火星とほぼ同じ大きさであることが示唆されており、科学者が発見しカタログ化した5,000以上の太陽系外惑星の中で最小の惑星の1つとなる。

研究者たちは、ケプラー138や他の惑星が、このような謎を提起する最後の惑星ではないことを期待している。 「私たちの機器と技術がより敏感になり、主星から遠く離れた惑星を発見し研究する能力が増すにつれて、ケプラー138CやDのような水のある惑星をさらに発見できるかもしれない」とベネケ氏は語った。

関連知識:

太陽系外惑星とは、太陽系の外にある惑星です。太陽系外惑星の存在を示す最初の文書化された証拠は 1917 年に遡りますが、当時は特定されていませんでした。最初に発見された太陽系外惑星は1992年に確認されました。1988年にはすでに発見されていた別の惑星は、2003年まで確認されませんでした。2022年12月1日現在、5,284個の太陽系外惑星の存在が確認されており、3,899個の惑星系に属しています。そのうち847の系には複数の惑星があります。

ケプラー宇宙望遠鏡は、2009年に打ち上げられ、他の恒星を周回する地球サイズの惑星を探索するために設計された、NASAの退役した宇宙望遠鏡です。天文学者ヨハネス・ケプラーにちなんで名付けられたこの宇宙船は、ウィリアム・J・ボルッキ氏を主任研究員として、その使命を遂行するために地球と同期した太陽中心軌道に打ち上げられた。 9年半の運用を経て、望遠鏡の応答システムの燃料が尽きた。 2018年10月30日、NASAはこれを廃止したと発表した。

著者:メーガン・バーテルズ

FY: ニャルラトホテプはとんでもない

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