NASAが系外惑星縮小の謎を解明

ケプラー宇宙望遠鏡のデータを使用している研究者らは、一部の系外惑星が大気の喪失により縮小していることを発見した。これはおそらく核からの放射線によるものである。 この発見は、系外惑星で観測された体積ギャップの説明に役立ち、以前に理論化されていた光蒸発とは異なる重大な大気損失プロセスを示した。

新しい研究により、スーパーアースと亜海王星系惑星の間にある「失われた」系外惑星が説明される可能性がある。

いくつかの系外惑星は大気を失い、縮小しているように見えます。 を使用した新しい研究では NASA天文学者たちは、引退したケプラー宇宙望遠鏡を使用して、考えられる原因の証拠を発見しました。それは、これらの惑星の核が大気を内側から外側に押し広げているというものです。

系外惑星のサイズギャップ

系外惑星（太陽系外の惑星） さまざまなサイズをご用意しています小さな岩石惑星から巨大ガス惑星まで。 真ん中に岩があります スーパーアース そして、ふくらんだ大気を持つより大きな海王星以下。 しかし、地球の 1.5 倍から 2 倍の間 (または超地球と亜海王星系惑星の間) にある惑星の「サイズギャップ」という顕著な欠落が存在しており、科学者たちはそれをよりよく理解しようと取り組んでいます。

「科学者たちは現在、5,000個以上の系外惑星の発見を確認しているが、直径が1.5～2メートルの惑星はさらに少ない」とカリフォルニア工科大学/IPACの研究科学者でNASAの系外惑星アーカイブの科学責任者であるジェシー・クリスチャンセン氏は語った。地球の。 における新しい研究の著者 天文雑誌。 「系外惑星の科学者たちは現在、このギャップが単なるまぐれではないと言える十分なデータを持っています。惑星がそこに到達したりそこに留まったりするのを妨げる何かが起こっています。」

このアーティストのコンセプトは、海王星の系外惑星 TOI-421 b がどのように見えるかを示しています。 新しい研究で、科学者たちは、この種の惑星がどのようにして大気を失うのかを示す新たな証拠を発見した。 出典: NASA、欧州宇宙機関、カナダ宇宙機関、および D. 選手(STScI)

研究者らは、このギャップは、一部の亜惑星が時間の経過とともに大気を失うことで説明できると考えています。 この損失は、惑星が大気を維持するのに十分な質量、つまり重力を持たない場合に発生します。 そのため、十分な質量を持たない海王星以下の惑星は、スーパーアース程度の大きさまで縮小し、2 つの惑星の大きさの間にギャップが残ることになります。

しかし、これらの惑星がどのようにして大気を失うのかは謎のままだ。 科学者たちは 2 つの考えられるメカニズムに落ち着きました。1 つは基本エネルギーとしての質量損失と呼ばれるものです。 もう一つは光蒸着です。 研究では、前者を裏付ける新たな証拠が明らかになった。

このビデオでは、太陽系外の惑星である系外惑星の主な種類の違いについて説明します。 クレジット: NASA/ジェット推進研究室-カリフォルニア工科大学

パズルを解く

核からの質量の損失は、惑星の熱い核からの放射線が時間の経過とともに大気を惑星から押し出すときに起こり、「その放射線が下から大気を押し出す」とクリスチャンセン氏は述べた。

惑星のギャップに関するもう 1 つの主な説明は、主星の熱放射によって惑星の大気が爆発するときに起こる光蒸発です。 このシナリオでは、「星からの高エネルギー放射線は、角氷上のヘアドライヤーのように作用する」と彼女は言う。

光蒸発は惑星の誕生から最初の1億年以内に起こると考えられているが、基本エネルギーによる質量損失はずっと後、つまり惑星の誕生から約10億年後に起こると考えられている。 しかし、どちらのメカニズムでも、「十分な質量がなければ、持ちこたえることができず、雰囲気を失って縮んでしまう」とクリスチャンセン氏は付け加えた。

この図は、系外惑星の主な種類を詳しく示しています。 科学者たちは、スーパーアースと亜海王星系惑星の間にある惑星の「サイズギャップ」、つまり見かけ上の欠如について、より理解を深めるために取り組んでいます。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

観察による証拠の発見

この研究で、チティアンセン氏と共著者らは、ケプラー宇宙望遠鏡の拡張ミッションであるNASAのK2からのデータを使用して、年齢が6億年から8億年の間にあるプレセペ星団とヒアデス星団を観察した。 一般に惑星は主星と同じ年齢であると考えられているため、この系の海王星以下の惑星は光蒸発が起こる年齢をはるかに超えているが、核エネルギーの質量損失が起こるほどの年齢ではない。

したがって、研究チームがプラセペとヒアデス星団に（他の星団の古い星と比較して）海王星未満の惑星がたくさんあることを確認すれば、光蒸発は起こらなかったと結論付けることができる。 この場合、基本エネルギーによる質量損失が、時間の経過とともに海王星のより質量の小さい質量に何が起こるかについて最も可能性の高い説明となるでしょう。

研究者らは、ブライセペとハーデスを観察することで、これらの星団内の恒星のほぼ 100% にまだ亜星が含まれていることを発見しました。ネプチューン 軌道上の惑星または惑星候補。 これらの惑星の大きさから判断すると、研究者らはそれらが大気を保持していると信じています。

このイラストは、NASA の系外惑星ハンター、ケプラー宇宙望遠鏡を描いています。 同局は2018年10月30日、ケプラーの燃料が尽きたため、地球から遠く離れた現在の安全な軌道内で引退すると発表した。 ケプラーは 2,600 を超える系外惑星の発見という遺産を残しました。 画像クレジット: NASA/ウェンディ・ステンゼル/ダニエル・ラッター

これは、K2 によって観測された他の古い星 (8 億年以上古い星) とは異なります。そのうちの 25% だけが海王星以下を周回しています。 これらの星の古い年齢は、基本エネルギーの質量損失が発生すると考えられている時間枠に近いです。

これらの観察から、研究チームはプレセペとヒアデスでは光蒸発は起こり得ないと結論づけた。 もしそれが起こったとしたら、それは何億年も前に起こったことになり、これらの惑星には大気があったとしてもほとんど残っていなかったでしょう。 このため、核による質量損失が、これらの惑星の大気に何が起こっているのかを説明する主な原因となっている。

進行中の研究とケプラーの遺産

クリスチャンセン氏のチームは、研究に必要な惑星カタログの作成に5年以上を費やした。 しかし、研究はまだ完了には程遠く、光蒸発および/または基本エネルギー質量損失に関する現在の理解はさらに進化する可能性があります。 この惑星間ギャップの謎が完全に解決されたと誰かが発表する前に、おそらく今後の研究によって結果が検証される必要があるだろう。

この研究は、系外惑星探査プログラムの一環として NASA との契約に基づいてパサデナのカリフォルニア工科大学が管理し、南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所にある NASA の系外惑星アーカイブを使用して実施されました。 JPL はカリフォルニア工科大学の一部門です。

参考文献：「K2 のスケーリング。VII.「高率の中生代高温亜海王星の創造の証拠」Jesse L. Christiansen、John K. Zinke、Kevin K. Hardigree-Ullman、Rachel B. Fernandez、Philip F. Hopkins 、ルイーザ M. リポール、キルステン M. ポーリー、ガレン J. バーグステン、サキ ブリ、2023 年 11 月 15 日、 天文雑誌。
土井: 10.3847/1538-3881/acf9f9

NASAのケプラーミッション

2018年10月30日、ケプラーは燃料がなくなり、9年間の任務を終えた。その間、ケプラーは他の恒星の周囲に確認されている2,600以上の惑星と、天文学者たちが確認に取り組んでいるさらに数千の追加の候補を発見した。

カリフォルニア州シリコンバレーにある NASA のエイムズ研究センターは、NASA 科学ミッション総局のケプラーおよび K2 ミッションを管理しています。 JPL はケプラー ミッションの開発を管理しました。 Ball Aerospace & Technologies Corporation は、コロラド大学ボルダー校の大気宇宙物理学研究所の支援を受けて飛行システムを運用しました。