これまでに記録された中で最も密度の低い系外惑星のうち2つが、地球から約1110光年離れた恒星の周りを周回しているのが検出された。 TOI-791bおよびTOI-791cと名付けられたこれらの天体は、太陽系最大の惑星である木星に匹敵する体積を持っていますが、密度は驚くほど低く、綿菓子よりも軽いです。国際的な科学者グループが主導したこの発見の解明は、雑誌 *王立天文学協会の月刊通知* に詳しく掲載されました。
宇宙でも稀な「超肥大化」した人々
これらの世界は、「スーパーパフ」または「スーパーパフ」惑星として知られる珍しい惑星分類に属します。それらはその巨大な体積と驚くほど小さい質量を特徴としており、それが惑星形成の現在のモデルにとって謎となっています。この発見以前には、このカテゴリーの例は 4 つしか知られていなかったため、同じ星系内で 2 つの新しい例が確認されたことは、天体物理学にとって大きな影響を与える出来事となりました。
新しい系外惑星TOI-791bとTOI-791cのユニークな特徴
測定によると、TOI-791b の密度はわずか 0.038 グラム/立方センチメートル (g/cm3) ですが、TOI-791c の密度は 0.047 g/cm3 です。これらの値の一意性を説明するには、比較する価値があります。地球の平均密度は 5.5 g/cm3 で、巨大ガス惑星である木星の平均密度は 1.33 g/cm3 です。この巨大な違いは、私たちがよく知っている惑星とは組成と内部構造が根本的に異なることを示唆しています。
研究の主著者である天体物理学者のジョージ・ドランスフィールド氏は、この特定の重要性を強調した。同氏は声明で、「これまでわれわれが知っていた超膨張惑星はほとんどなかった。さらに２つ、しかも同じ星系で発見されたことは異常だ」と述べた。これらの天体は密度が極めて低いため、惑星系がどのように発生し、時間の経過とともに進化するかの複雑なプロセスを解明することを目的とした、将来の研究の優先ターゲットとなっています。
惑星形成モデルの課題
TOI-791b や TOI-791c のような大きくて軽い惑星の存在は、巨大世界の形成に関する一般的な理論に大きな課題をもたらしています。核の降着などの最も受け入れられているモデルは、ガス惑星が固体の岩石の核から形成され、その核が十分な質量に達すると、原始惑星系円盤から大量のガスを引きつけ始めると示唆している。しかし、これらの惑星の密度がこれほど低いためには、まだ完全には理解されていない形成プロセスや大気の組成が必要となる。
科学者らは、これらの「超膨張体」の大気は、水素やヘリウムなどの非常に軽いガスで構成されており、おそらく少量の重い元素が含まれているか、またはこの膨張を可能にする非常に特殊な温度と圧力の条件下で形成されたのではないかと推測している。親星からの放射線も、大気を「膨張」させるのに重要な役割を果たす可能性があります。これらの系外惑星のさらなる研究により、惑星がどのように発達するのかについての現在のモデルの改訂や新しい機構の追加が余儀なくされる可能性がある。
発見における TESS 宇宙望遠鏡の役割
この発見は、NASA のトランジット系外惑星探査 (TESS) 宇宙望遠鏡のおかげで可能になりました。 2018年に打ち上げられたTESSは、惑星が星の前を通過するときに星の明るさの小さな低下を検出するトランジット法を使用して系外惑星を探す宇宙観測衛星です。空の広範囲を長期間監視できる能力は、まれな「スーパーパフ」を含む数千の系外惑星候補を特定するのに役立ってきた。
地上の望遠鏡やその他の宇宙機器による TESS 観測のモニタリングは、系外惑星の性質を確認し、質量、半径、密度などの特性を特徴付けるために不可欠です。 TOI-791b と TOI-791c の場合、通過データと動径速度測定値を組み合わせることで、研究者はそれらの質量を計算し、その結果、驚くほど低い密度を計算することができました。