NASA の最大かつ最も強力な宇宙望遠鏡であるジェームス ウェッブ (JWST) は、その能力を示す最新の展示で、小さな岩石系外惑星から発せられる光を史上初めて測定しました。
JWST は、直径数光年にも及ぶ銀河や星雲の畏敬の念を抱かせる画像を撮影し、これまでに見たことのないような宇宙を誇示してきました。
しかし、太陽系外の惑星である系外惑星など、はるかに小さな目標に焦点を当てることもできます。
国際研究チームは、この望遠鏡を使用して、ハビタブルゾーン内で地球サイズの岩石惑星の既知最大の集団が存在するTRAPPIST-1星系にある岩石惑星の温度を測定した。
ハビタブルゾーンとは、主星から近すぎず遠すぎない惑星の位置を指し、これは液体の水が形成され、大気が維持されるのにちょうどよい温度である可能性があることを意味します。
したがって、TRAPPIST-1 系内の 7 つの既知の惑星には、地球外生命体の潜在的な候補として大きな関心が寄せられています。
しかし、JWSTの発見は、惑星TRAPPIST-1 bには目立った大気がなく、昼間の温度が摂氏約230度であることを示唆している。
この測定は、惑星の熱放出、つまりウェッブの中赤外線装置 (MIRI) によって検出された赤外線の形で放出される熱エネルギーに基づいています。
小さな岩石系太陽系外惑星からの光を初めて検出
この測定値は、私たちの太陽系の岩石惑星と同じくらい小さく、潜在的に温度が低い系外惑星からの光の最初の検出であり、活動的な小さな星を周回する惑星が生命の維持に必要な大気を維持できるかどうかを判断する上で重要なステップとなります。
研究者らはまた、これはMIRIを使用して地球サイズの系外惑星を研究するウェッブ氏の能力を示す良い例であるとも述べている。
NASAエイムズ研究センターの天体物理学者であり、火曜日にネイチャー誌に発表された研究の筆頭著者であるトーマス・グリーン氏は、「これらの観測はウェブの中赤外線能力を実際に活用している」と述べた。 「これまでの望遠鏡には、これほど暗い中赤外光を測定できる感度はありませんでした。」
TRAPPIST-1 惑星は 2017 年に発見され、地球から 40 光年離れた超低温の赤色矮星を周回しています。これらは、太陽系の内惑星と明らかに類似しているため、特に関心を集めました。
これらはすべて、太陽系のどの惑星よりも恒星にはるかに近い軌道を回っていますが（太陽に最も近い水星の軌道内）、それらは小さな恒星から同程度の量のエネルギーを受けています。
TRAPPIST-1 b はハビタブルゾーンにありませんが、隣接する惑星や同様の星の周囲の他の惑星に関する重要な情報を研究者に提供します。
「天の川銀河には太陽のような星よりもこれらの星が10倍あり、岩石惑星が存在する可能性は太陽のような星よりも2倍高い」とグリーン氏は説明した。 「しかし、彼らは非常に活動的でもあります。若いときは非常に明るく、大気を一掃するフレアやX線を発します。」
TRAPPIST-1システムの初期研究を行ったチームの一員で、共著者であるフランスの代替エネルギー・原子力委員会(CEA)のエルサ・デュクロ氏は、「小さくて温度の低い恒星の周囲にある地球型惑星の特徴を明らかにするのは簡単だ」と付け加えた。 。 M 星の周囲の居住可能性を理解したい場合、TRAPPIST-1 システムは素晴らしい実験室です。これらは、岩石惑星の大気を観察するための最良のターゲットです。」
大気を検知する
研究チームは二次日食測光法と呼ばれる技術を使用し、惑星が恒星の後ろを移動する際のシステムからの明るさの変化をMIRIが測定した。
TRAPPIST-1 b は、自ら光を発するほど熱くはありませんが、赤外線の流れがあります。研究者らは、星と惑星を合わせた明るさから星の明るさを差し引くことで、惑星からどれだけの赤外線が放出されているかを計算することに成功した。
この調査結果は、ウェッブがいかに強力であるかを示しています。この星は惑星よりも 1,000 倍以上明るく、惑星が日食の中で並んだときの明るさの変化は 0.1 パーセント未満です。
「日食を見逃すのではないかという不安もありました。惑星はすべて互いに引っ張り合っているため、軌道は完璧ではありません」と、データを分析したベイエリア環境研究所の博士研究員テイラー・ベル氏は述べた。
「しかし、それは驚くべきことでした。データで確認された日食の時間は、数分以内に予測された時間と一致しました。」
5つの別々の二次日食観測からのデータの分析は、TRAPPIST-1 bの日中の温度が約230℃であることを示しています。チームは、最も可能性の高い解釈は、この惑星には大気がないというものであると考えています。
「私たちはその結果を、さまざまなシナリオでの温度がどうあるべきかを示すコンピューター モデルと比較しました」と Ducrot 氏は説明しました。
「結果は、裸の岩石でできており、熱を循環させる大気がない黒体とほぼ完全に一致しています。また、これらの測定で明らかなように、光が二酸化炭素に吸収される兆候も見られませんでした。」
「ホットジュピター」は予想外の結果をもたらす
別の紙Nature誌に掲載されたばかりJWST を使用して、惑星の大気に関しても画期的な進歩を遂げましたが、今回は巨大ガス惑星に注目していました。
研究者らは、太陽の周りを周回する巨大ガス惑星には明確なパターンがあると述べ、惑星が重ければ重いほど、大気中の重元素（水素やヘリウム以外）の割合が低くなる、と述べている。
しかし、ウェッブを使用することで、他の恒星系にある巨大ガス惑星がこのパターンに当てはまらないことを確認することができた。
私たちの太陽に匹敵する恒星の周りを回る、いわゆる「ホットジュピター」を観察すると、その大気には炭素や酸素などのより重い元素が非常に豊富に含まれていることがわかりました。
