ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) を使用している科学者たちは、地球から 700 光年近く離れた恒星の周りを周回する巨大惑星、WASP-39b の大気中に半重水の存在を確認した可能性があります。この系外惑星は、JWST によって最も調査されている惑星の 1 つであり、JWST は赤外線波長での観測のための 4 つの主要な機器を使用して、すでにこの系外惑星に関する膨大な情報を取得しています。
これらの観測を分析することで、研究者は系外惑星の大気中に存在する化学的特徴を解読できるようになります。この気体層を通過する光を調べることで、さまざまな分子を識別することができ、したがってこの遠い世界の進化をより深く理解することができます。
水の探索は、他の世界の環境条件についての重要な洞察を提供する可能性があるため、惑星研究の基本です。この新しい研究では、科学者たちは、一般的な水ではなく、半重水または HDO として知られる、より珍しい水の変種に焦点を当てました。
系外惑星WASP-39bで水の新たな証拠を発見
研究チームは予備的な発見をarXivサーバー上で公開し、水の同位体同位体を調査した。これらは水と同じ化学組成を持つ分子ですが、水素とは異なります。たとえば、HDO では、水素原子が、追加の中性子を含むより重い同位体である重水素に置き換えられます。この区別により、天文学者は重水素と水素の比 (D/H) を計算することができます。これは、惑星の水の起源と時間の経過に伴う大気の進化を追跡できる化学指標です。
専門家らは、WASP-39bの大気のコンピューターシミュレーションとJWSTが取得したデータを比較した。分析では、温度、雲の存在、分子濃度、大気と光の相互作用など、いくつかの側面が考慮されました。
この研究に参加した科学者らによると、WASP-39bで観測されたD/H比は、木星や土星など太陽系の巨大ガス惑星で検出されたD/H比よりもかなり高いようだという。この特殊性により、系外惑星は、既知の環境を超えた惑星環境における水の挙動を理解するための貴重な研究対象となります。
この系外惑星が研究対象に選ばれた理由の一部は、それに関する既存の膨大な量のデータによるものです。研究者らは、JWST がこれまでに系外惑星で記録された最も完全な透過スペクトルを生成できたことを確認し、科学者にその大気組成の詳細な観察を提供しました。
過酷な環境が地球の水にどれほどの変化をもたらしたのか
この水の独特の特徴は、WASP-39b の劣悪な環境に起因すると考えられます。このガス巨人は低密度かつ高温で、その恒星のすぐ近くを周回しているため、その大気は極端なレベルの放射線にさらされている。
この異常の仮説の 1 つは、大気圏からの脱出です。通常の水素の水分子は軽いため、宇宙に逃げ出す可能性が高くなります。一方、重水素を含むより重い分子は除去に対してより抵抗力があります。したがって、時間の経過とともに、惑星の大気中には高濃度の準重水が存在することになります。
さらに、他の大気現象も影響を与えている可能性があります。科学者らは、大気中のガスの混合や中心星からの光によって引き起こされる化学反応が、JWSTで測定されたD/H比に影響を与えた可能性があると考えている。
この異常な水の痕跡の正確な原因はまだ調査中です。この観測は完全な化学的全体像を提供しますが、天文学者が現在分析している現在のシナリオには複数のプロセスが寄与している可能性があります。
地球上の水はその形成の歴史を示す可能性がある
科学者によって検討されているもう1つの理論は、WASP-39bは、いわゆる「氷線」を超えた、その星系のより遠くて寒い領域で発生した可能性があるというものです。これに関連して、惑星は恒星に近い現在の軌道に移動する前に、外側領域で水分が豊富な物質を凝集させたであろう。
研究著者らは、「この領域での原始星の氷の観察は、WASP-39bで推定されるD/H比と一致する程度の重水素濃縮を示している」と説明した。彼らはまた、「観測値を再現するためにこのシナリオを検証するには、綿密な化学モデリングが必要になる」とも付け加えた。
検出されたにもかかわらず、系外惑星 WASP-39b は、私たちが知っているような生命の存在条件を提供しません。それは摂氏1,000度に近い灼熱のガス巨人です。しかし、HDO の発見は、そのような遠い世界に関する前例のない情報を明らかにする JWST の能力を示しています。
研究者らは、半重水は大気中に明確なスペクトル信号があるため、依然として他の惑星の水を調査するのに最も便利な化学指標の1つであることを強調している。
