USPの研究者が惑星を食べる星を検出する方法を開発
サンパウロ大学（USP）の研究者が率いる国際チームによる科学的発見により、惑星を食い尽くした星を検出する前例のない方法が明らかになった。この革新的なプロセスは、比較的発生頻度の低い化学元素であるベリリウムの量の変化を特定することに基づいており、惑星系がどのように発達するかを理解するための新しいアプローチを約束します。
最近『Astronomy & Astrophysics』誌に発表されたこの研究は、HD 129171 と HD 129209 と呼ばれる一対の太陽型恒星を調査した。これらの恒星は、物理的、化学的、磁気的活動の点で太陽と同様の特徴を持ち、連星系を形成している。
当初の予想では、同じ分子雲から同時に誕生した連星は、ほぼ同じ化学組成を持つだろうということでした。しかし、科学者たちは、この 2 つの間に顕著な違いがあることを観察しています。
星を追跡する革新的な方法を発見
星 HD 129171 は、通常は固体状態に凝縮して岩石惑星を形成する高レベルの耐火性元素を示しました。天文学・地球物理・大気科学研究所（IAG-USP）の博士課程学生で、この論文の主著者であるアン・ラスサム氏は、この発見は星の進化の軌跡に沿って惑星物質が摂取されたことを強く示していると述べた。
一部の恒星に惑星やその破片が組み込まれている可能性はすでに考えられていましたが、この研究の多大な貢献は、連星におけるベリリウムの存在量の変化がこの現象の忠実な指標として機能することを初めて証明したことです。
宇宙の出来事を特定する際のベリリウムの重要な役割
ベリリウムは、星の一生の間、星の中心で生成されないことで注目に値します。したがって、星が発する光の中にその星が検出されることは、最初の形成からかなり経ってから星が惑星の残骸などの岩石物質を吸収したことを指摘する警告の兆候として機能します。
研究者らは、リチウム、ベリリウム、ホウ素が宇宙の化学組成の特殊性を表していることを明らかにした。他の化学元素は原始または恒星の元素合成によって生成されますが、ベリリウムとホウ素は主に「宇宙破砕」と呼ばれるプロセスによって生成されます。その中で、高エネルギー粒子が炭素、窒素、酸素などのより密度の高い核を崩壊させ、より軽い元素を生成します。
リチウムも、大部分が破砕によって生成されますが、原始元素合成による最小限の部分と、特定の種類の星でのまれな生成によるものですが、以前は、惑星の飲み込みの可能性のあるマーカーとして使用されていました。しかしラスサム氏は、ベリリウムはより耐久性があり、その化学的特徴が長期間持続することを強調しています。
詳細な観察により、惑星物質の摂取が明らかになった
研究を実施するために、研究チームは、チリにあるヨーロッパ南天天文台 (ESO) の超大型望遠鏡 (VLT) に設置された装置である UVES 分光器からのデータを使用しました。この高精度装置は星の光をさまざまな波長に分解することができ、非常に微妙な化学的特徴の識別を可能にします。
観測の結果、HD 129171 には、その仲間である HD 129209 と比較して、鉄、マグネシウム、シリコン、カルシウム、チタンなどの耐火性元素が著しく多量に含まれていることが示されました。さらに、この星にはリチウムとベリリウムの両方が過剰に含まれています。科学者らによると、観察されたパターンは地球の質量の11倍以上に相当する岩石物質の吸収と一致しているという。
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ラスサム氏は、この物質の起源は単一の大きな惑星、またはいくつかの小さな天体の合計のいずれかである可能性があると説明しました。しかし、太陽に似た恒星では、内部混合が非常に効率的であるため、最終的な化学的特徴からこれら 2 つのシナリオを区別することはできません。
恒星系の激しいダイナミクスと安定性の希少性
化学分析がこの研究の主な貢献であり、ベリリウムが惑星の飲み込みのマーカーとして選ばれたことにより、著者らは惑星が主星に吸収される可能性がある動的メカニズムも調査した。このようなメカニズムには、惑星間の重力相互作用、伴星によって引き起こされる摂動、および軌道移動プロセスが含まれます。これらの要因により、軌道が非常に偏心して不安定になり、惑星の放出、惑星間の衝突、または最終的には中心星による吸収につながる可能性があります。
研究から得られた重要な結論は、太陽系のような安定したシステムが不足している可能性を示唆しています。 IAG-USP教授でこの研究の顧問であるホルヘ・ルイス・メレンデス・モレノ氏は、いくつかの独立した証拠がこの仮説を裏付けていると指摘している。惑星形成のコンピューターシミュレーションによると、ほぼ円形の外側軌道に巨大ガス惑星があり、安定した内側軌道に岩石惑星が存在する、太陽系に似た構成は頻繁に起こる結果ではない。さらに、太陽に似た星の観測調査では、巨大ガス惑星に匹敵する軌道上に木星に類似する星がほとんど存在しないことが明らかになりました。
メレンデス氏は、力学シミュレーション、系外惑星の観測、連星の化学研究からのデータを分析すると、一貫したシナリオが浮かび上がり、太陽のようなシステムが以前に想像されていたほど一般的ではない可能性があることを示唆していると指摘している。このことは、数十億年にわたって居住可能な環境を維持するために不可欠な軌道の安定性が稀な例外である可能性があることを示唆しており、宇宙における複雑な生命の進化に必要な条件についての理解が深まっている。
星形成と複雑な生命の探索への影響
メレンデス氏は、連星系は天の川銀河で広く発見されており、銀河内の恒星の約半数には重力伴星があると推定されていると付け加えた。連星系の 2 つの星は同じ分子雲から同時に形成されるため、それらの間で観察される化学的差異は、惑星の摂取などその後のプロセスによって元の組成が変化したことを示す強力な指標となります。
ラスサム氏は、私たちの系の惑星は比較的安定した離心率の低い軌道を持っているが、惑星の飲み込みの頻度は、多くの恒星系が乱流の動的段階を経ていることを示唆していると指摘する。このような不安定性は、複雑な生命の存在に直接的な影響を与えると彼女は強調する。生命が出現し、数十億年にわたって進化するだけでなく、繁栄するには、惑星が重大な重力の摂動から保護され、十分に安定した軌道を維持する必要があります。
この研究は、惑星系の進化に新たな光を当てることに加えて、星形成の理論や、星の化学組成に基づいて天の川の歴史を再構成するために使用される「化学タグ付け」として知られる技術にも影響を与える。
連星で観察される化学的変化が、それらを生成した原始雲の不均一性に由来するのであれば、現在の星形成モデルの再検討が必要となるだろう。しかし、研究チームが達成した結果は、惑星による摂取の仮説を裏付けるものとなった。
この研究には、USP、ポーランド科学アカデミー、中国科学院、オーストラリアのモナシュ大学、イタリアの天文台からの科学者が参加し、メレンデスがコーディネートしたテーマプロジェクトを通じてファペスプから資金援助を受けました。
