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銀河系近辺の恒星の周囲に100億年前の地球型惑星の残骸が発見された

白色矮星WDJ2147-4035とWDJ1922+0233の周囲を、惑星状物質の破片が取り囲み、その破片が星に降り積もり大気を汚染している様子の想像図 (Credit: Credit: University of Warwick/Dr Mark Garlick)

宇宙には、地球が生まれる遙か昔から、数多くの惑星が生まれては死んでいった。それは、惑星同士の衝突であったろうし、惑星が属する恒星に飲まれたり、超新星爆発に巻き込まれたり、数多くの壮大なドラマがあったに違いない。そんな、遙か昔に滅んだ惑星の残骸が、今回新たに見つかったようだ。その中には、約100億年前に存在した地球のような世界も含まれているという。

太陽を含むほとんどの恒星は、燃焼に必要な水素が不足すると膨れ上がり、赤色巨星となるが、その後やがて外層を脱ぎ捨て、白色矮星と呼ばれる高密度の核を残す。この過程で、軌道上にある惑星は崩壊し、場合によっては破壊され、その残骸が白色矮星の表面に付着する。

今回、天文学者は2つの奇妙な白色矮星についてデータを調べた。どちらの星も惑星の破片が付着しており、片方は異常に青く、もう片方は銀河系近辺でこれまで発見された中で最も暗く、最も赤いことが分かったのだ。研究チームはこの2つの星をさらに分析した。それによって、その星の年齢や、大気中でどのような元素が燃え尽きているかがわかり、ひいてはその星がかつて持っていた惑星の構成や種類も明らかになるのだという。

WD J1922+0233として知られるこの青い白色矮星は、約90億年前に形成されたことがわかった。つまり、その惑星はそれ以前に存在し、終末を迎えていたことになる。この星の光は、惑星の残骸が地球の大陸地殻に似た組成を持っていたことを明らかにした。

WDJ2147-4035として知られているより赤い白色矮星は、わずか90光年の距離にあり、約107億年前に白色矮星になったことが判明した。この白色矮星は、約107億年前に発見され、約102億年前に白色矮星となった。その光分析により、惑星の破片からナトリウム、リチウム、カリウムなどの奇妙な元素が混ざっていることが判明したのだ。また、これまで検出された白色矮星の中で最も低温で、表面温度はわずか2,777 ℃である。

主執筆者のAbbigail Elms(アビゲイル・エルムス)氏(ウォーリック大学物理学科博士課程)は、次のように語っている。「これらの金属汚染星は、地球が唯一無二の存在ではなく、地球と似たような惑星系が他にも存在することを示しています。宇宙に存在する恒星の97%が白色矮星になると言われています。白色矮星は宇宙に遍在しているため、理解することが非常に重要で、特にこれらの極端に温度の低い星は要注意です。銀河系で最も古い星から形成された冷たい白色矮星は、天の川銀河で最も古い星の周りの惑星系の形成と進化に関する情報を提供します。私たちは、かつて地球のような惑星によって汚染された、天の川で最も古い恒星の残骸を発見しています。これが100億年というスケールで起こったことであり、それらの惑星が地球が形成されるずっと前に死んでしまったと考えると、驚くべきことです。」

ウォーリック大学物理学科のPier-Emmanuel Tremblay(ピエールーエマニュエル・トレンブレイ)教授は、次のように述べている。「100億年以上前にこれらの古い星が形成されたとき、宇宙は今ほど金属に富んでいませんでした。金属は進化した星や巨大な星の爆発で形成されるからです。観測された2つの白色矮星は、太陽系が形成された時の条件とは異なる、金属に乏しくガスに富む環境での惑星形成について、興味深い窓を提供しています。」

研究の要旨

我々は2つの超低温(Teff<4000Teff<4000K)金属汚染白色矮星WD J2147-4035とWD J1922+0233を、それぞれTeff=3050Teff=3050KとTeff=3340Teff=3340Kというこれまでに知られた最も冷たいDZ星と2番目に冷たいDZ星として同定しました。WD J1922+0233は、強い大気衝突誘起吸収(CIA)により、赤色の光・赤外線フラックスが抑制され、低温では珍しい青色を呈している。WD J2147-4035は、赤外線のCIAは中程度であるが、光学色はDZ白色矮星としては最も赤色であることがわかった。我々の大気モデルで非理想的効果とCIAの不透明度をミクロフィジックス的に改善することで、これらの超低温星の観測に対して妥当な解が得られた。WD J2147-4035は10Gyr以上の冷却年代を持ち、DZ白色矮星としては最大である。一方、WD J1922+0233は9Gyrとやや若い冷却年代を持つ。Gaia EDR3による銀河系運動学計算の結果、これらの超低温DZ星は銀河系円盤のメンバーである可能性が高く、天の川円盤の上限年齢を決定する今後の研究において重要な天体となる可能性があることが分かりました。我々は、WD J2147-4035の最初の分光観測を行い、両天体の中分解能の分光観測を行った。WD J1922+0233ではカルシウム、WD J2147-4035ではリチウムに加え、ナトリウムとカリウムが両白色矮星で検出された。リチウム線のゼーマン分裂からWD J2147-4035の磁性を同定し、さらに炭素を暫定的に検出したため、この星をDZQHと分類した。WD J1922+0233は惑星の地殻の残骸を取り込んだ可能性が高いが、WD J2147-4035を汚染した残骸の組成はまだ不明である。

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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