2 つの太陽を同時に周回する惑星は、SF 作品に頻繁に登場します。現実の世界では、それらはまれです。
すでに確認されている6000個以上の系外惑星のうち、2つの恒星で形成される軌道系はわずか14個のみ。この数は、ペアになっている星の数を考慮したときに天文学者が発見すると予想した数を大幅に下回っています。
米国のカリフォルニア大学バークレー校とレバノンのベイルート・アメリカン大学の研究者らは、2025年12月に「The Astrophysical Journal Letters」誌に研究結果を発表した。彼らはこの不足の原因を調査しました。この計算は、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論によって予測された影響が、これらの惑星の軌道を時間の経過とともに不安定にすることに寄与していることを示している。
軌道歳差運動は周連系世界の安定性に影響を与える
連星系では、2 つの星が互いに公転します。両方の周りを公転する惑星は、2 つの星の重力の影響を合わせて受けます。この力により、惑星の軌道の向きがゆっくりと変化します。これは、軌道歳差運動として知られる現象です。
同じプロセスが星自体でも起こります。この向きの変化の一部は一般相対性理論に由来しています。何百万年にもわたって、星間の潮汐相互作用により、星間の距離は徐々に減少します。
このアプローチにより、星が互いの周りを回転する速度が変化します。数学およびコンピューターのシミュレーション モデルは、このシナリオでは一般相対性理論によって引き起こされる歳差運動が強まることを示しています。
その結果、共鳴が起こり、惑星の軌道の離心率が増加します。軌道はどんどん伸びていきます。
- 惑星は星系から完全に弾き出される可能性がある。
- 恒星のいずれかに近づきすぎて潮汐力が乱される可能性があります。
- 多くの場合、惑星はいずれかの恒星に飲み込まれてしまいます。
研究者らは、相対論的効果により、緊密な連星にある惑星 10 個のうち約 8 個が不安定になると推定しています。このうち、約 75% がその過程で破壊されます。
緊密な連星系は明確な不安定ゾーンを形成します
公転周期が 7 日以下の連星には、観測される日食系のほとんどが集中します。まさにこのような場合にこそ、周回惑星の希少性がより明らかになる。天文学者はこの地域を惑星砂漠と呼んでいます。
既知の周連惑星 14 個のうち 12 個は、この不安定ゾーンのすぐ外を周回しています。これは、それらの多くがより遠くで形成され、後で内側に移動したことを示唆しています。不安定な境界の近くで惑星を形成することは非常に困難です。
モデルは、一般相対性理論と潮汐軌道収縮の組み合わせにより、緊密な連星付近の領域をクリアすることを示しています。なんとか生き残った惑星は、相対論的な影響がそれほど強くない、より広い軌道にいます。
発見により複数の星系における惑星形成の理解が強化される
既知の系外惑星のほとんどは、通過速度または動径速度によって検出されています。どちらの方法も、惑星が単一の星の周りを周回している場合に最も効果的です。連星系では、2 つの星がより複雑な信号を生成するため、観測が複雑になります。
それでも、周回惑星の数が少ないことは、ケプラー望遠鏡の運用開始当初から注目を集めてきました。天文学者らは数百件のケースを予想していた。その代わりに、彼らはごく一部を見つけました。
この研究は、観測データと一致する理論的な説明を提供します。同氏は、検出の難しさや形成プロセスの違いなど、他の要因を排除しません。しかし、それは、一般相対性理論の影響を受けた軌道力学が、これらの世界の希少性に重要な役割を果たしていることを示しています。
SF との比較により、観察された現実とのコントラストが強調される
スター・ウォーズのタトゥイーンのような世界は、2 つの太陽に照らされた惑星というアイデアで何世代もの視聴者にインスピレーションを与えてきました。実際には、このタイプの構成が安定した状態になることはまれであることがわかっています。
確認された14人の感染者は貴重な例外として機能する。これにより、科学者は複雑な環境における惑星の形成と進化のモデルをテストできるようになります。より感度の高い望遠鏡による将来の観測により、連星から遠く離れた領域に周連星惑星がより多く存在するかどうかが明らかになるかもしれない。
この研究は、複数の星系に居住可能な惑星または興味深い惑星がいくつ存在するかについての予想を精緻化するのに役立ちます。また、1915 年の理論である一般相対性理論が、現在の天体物理現象の解釈にどのように関連し続けているかを裏付けるものでもあります。
連星の系外惑星について数字が明らかにすること
- 確認されている系外惑星は合計6,000個以上。
- 2つの星を同時に周回するのは14個だけです。
- 既知の 14 個のほとんどは、厳しいバイナリ不安定ゾーンの外側にあります。
- モデルは、近くの惑星の 80% が一般相対性理論によって不安定になることを示しています。
- 不安定化した惑星の約 75% は破壊されるでしょう。
このデータは、ケプラーや TESS などのミッションによって蓄積された観測と、最近の理論的シミュレーションとを組み合わせたものです。
連星系における惑星探索の次のステップ
天文学者らは、高精度の機器を使って既知の連星を監視し続けることを計画している。目標は、より多くの候補を検出し、より長距離でも安定した軌道を確認することです。
このような研究は、将来の宇宙望遠鏡からのデータの解釈にも役立ちます。不安定性のメカニズムを理解することは、惑星が実際に存在しないことと検出限界を区別するのに役立ちます。
2025 年 12 月に発表された研究は、複数の惑星系の進化に関するより正確なモデルへの道を開きます。それは、1世紀以上前に予測された微妙な力が、今日の宇宙で私たちが観察しているものをどのように形作っているかを示しています。
