太陽系の運命に似た惑星系を初めて確認。太陽系の未来を知る。

天文・宇宙
©W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko

画像:白色矮星(死星)の周りを回る、新たに発見された木星型太陽系外惑星の想像図。このシステムは、惑星が宿主星の爆発的な赤色巨星段階を生き延びることができるという証拠であり、私たちの太陽系における太陽と木星の運命を類推させる、確認された最初の惑星システムです。

死んだ星の周りを回る巨大なガス惑星が、予測される太陽の終焉の余波を垣間見せる

天文学者は、太陽が約50億年後にその寿命を終えるときに予想される太陽系の運命に似た惑星系を、初めて確認しました。

この惑星系は、天の川銀河の中心付近にある白色矮星の周りを木星のような軌道で回る木星型の惑星で、ハワイのマウナケアにあるW.M.ケック天文台で検出されました。

オーストラリアのタスマニア大学の天文学博士研究者で、本研究の主執筆者であるJoshua Blackman氏は、「この証拠は、十分に大きな距離を周回する惑星が、恒星の死後も存在し続けることを裏付けています。このシステムが私たちの太陽系に類似していることを考えると、木星と土星が、太陽が核エネルギーを使い果たして自滅する赤色巨星段階を生き延びる可能性を示唆しています。」

この研究は、本日発行の雑誌「Nature」に掲載されています。

メリーランド大学とNASAゴダード宇宙飛行センターの上級研究員、David Bennett氏は、「地球は太陽にずっと近いので、地球の未来はそれほどバラ色ではないかもしれません。もし人類が、太陽が赤色超巨星段階に地球を焼き尽くす前に、木星や土星の月に移住したいと思っても、白色矮星である太陽からの熱にあまり長く頼れないものの、太陽の周りの軌道に留まることができます。」

白色矮星とは、太陽のような主系列星が死ぬときになるものです。

恒星のライフサイクルの最後の段階で、星はコアの水素をすべて燃やし尽くし、膨れ上がり赤色巨星になります。

その後、星は自壊して白色矮星に縮小し、残されたのは高温で高密度の核だけです。

この小さな星の死体は、明るく放射するための核エネルギーを持たないため、白色矮星は非常に暗く、検出が困難です。

動画:主系列星が最後の水素燃料を燃やして赤色巨星に膨らみ、その後白色矮星に崩壊する様子を描いたアニメーション。残ったのは、地球ほどの大きさで太陽の約半分の質量を持つ、高温で高密度の核です。木星に似たガス惑星は、爆発的な変化を生き延びて、遠くから周回している。

ケック天文台のレーザーガイド星補償光学システムと近赤外線カメラ(NIRC2)による高解像度の近赤外線画像から、今回発見された白色矮星の質量は太陽の約60%であり、その太陽系外惑星で生存したのは、木星よりも約40%重い巨大なガス惑星であることがわかりました。

重力マイクロレンズ現象とは、地球に近い恒星と遠い恒星が瞬間的に並ぶことで、前景の恒星の重力がレンズのように働き、背景の恒星からの光が拡大される現象です。

もし、近い方の星の周りを惑星が回っていると、惑星が通過する際に、拡大された光が一時的に歪んでしまうのです。

不思議なことに、この惑星の母星を探してみると、普通の主系列星とは思えないほどの明るさの星明かりであることが判明したのです。

また、褐色矮星が宿主である可能性も否定されました。

共同研究者のJean-Philippe Beaulieu氏は、「中性子星やブラックホールが宿主である可能性も除外することができました。この惑星は、死んだ星である白色矮星を周回していることを意味しています。これは、太陽の大変動による崩壊で叩き出された地球が消滅した後の太陽系の姿を垣間見せるものです。」

研究チームは、今回の発見を統計的な調査に盛り込み、他の白色矮星に無傷で生存した惑星がどれだけあるかを調べる予定です。

巨大な惑星を直接撮影することを目的としたNASAの次期ミッション、ナンシー・グレース・ローマン望遠鏡(旧WFIRST)は、研究をさらに進める上で役立つでしょう。

ローマン望遠鏡は、天の川銀河の中心部にある銀河バルジに位置する白色矮星を周回する惑星を、より詳細に調査することができます。

これにより、木星型惑星が恒星の最期を逃れるのが一般的なのか、それとも恒星が赤色巨星になるまでにかなりの割合で破壊されてしまうのかを、天文学者が判断できるようになります。

ケック天文台の主任研究員であるJohn O’Meara氏は、「これは非常にエキサイティングな結果です。ローマンがミッションを開始したときに、ケックが一斉に行う科学の一例を今日見ることができたのは素晴らしいことです。」と述べています。

Published by W. M. Keck Observatory. Joshua Blackman et al., A Jovian Analog Orbiting a White Dwarf Star, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03869-6
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