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ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が太陽系外惑星 「WASP-39 b」の大気中に活発な化学反応と雲の兆候を検出

太陽系外惑星WASP-39bの現在の理解に基づいて、どのような姿になるかを示したイラスト(想像図) (Credit: NASA/JWST.)

NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)は、素晴らしい発見を提供し続けている。7月には、太陽系外惑星WASP-39 bを観測し、その雲に原子や分子の痕跡、活発な化学反応を発見した。そして今、科学者チームがこの発見をさらに発展させ、データをより深く解析している。

カリフォルニア大学サンタクルーズ校のNatalie Batalha(ナタリー・バタラ)博士によると、JWSTのデータはゲームチェンジャーとのことだ。「私たちはこの太陽系外惑星を複数の装置で観測し、赤外線スペクトルの広い範囲と、このミッションまでアクセスできなかった化学的指紋の一群を提供します」と彼女は言う。

7月の観測はとてもエキサイティングだった。JWST の近赤外線分光器 (NIRSpec) は、太陽系外惑星の大気中に二酸化炭素 (CO2) が存在することを初めて明確に証明したのだ。また、地球上のスモッグの成分である二酸化硫黄(SO2)も、太陽系外惑星の大気中で初めて検出された。SO2は、この惑星の恒星からの高エネルギー光によって引き起こされる化学反応によって生成される。地球では、大気の上層部にあるオゾン層が同じように作られる。

次のステップは、NIRSpec のすべてのデータを協調して解析することだった。今週発表された結果は、この惑星の厚い大気について、より明確で豊かな理解を与えてくれた。

JWSTがWASP-39bのデータを取得した理由

WASP-39 b は、地球のような惑星ではない土星と同じくらいの質量を持つガス惑星だ。G型星から0.0486 AUと、水星が太陽に接近するよりも近い距離にあり、地球で換算すると4日間に1回の時間で公転している。この惑星は、高温(約871℃、華氏1600度)のため、かなりふくらんだ世界であることが判明した。このことは、ハッブル宇宙望遠鏡とケプラー宇宙望遠鏡による先行観測で良くわかっている。

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2022 年 7 月 10 日、ウェッブの近赤外線分光器(NIRSpec)が捉えた高温ガス惑星 WASP-39 b の透過スペクトルから、太陽系外の惑星で初めて二酸化炭素が存在する明確な証拠を発見した。また、3ミクロンから5.5ミクロンの波長をカバーする詳細な太陽系外惑星の透過スペクトルを捉えたのは、今回が初めてとなる。

JWSTは、恒星の前を通過する惑星を追跡しました。星明かりは大気を透過し、そこにあるさまざまなガスが、星明かりのスペクトルの異なる色を吸収する。このようにして、NIRSpecはWASP-39 bの水、二酸化硫黄、一酸化炭素、ナトリウム、カリウムを検出し、非常に高い分解能で二酸化炭素のデータを提供した。さらに、この観測装置によって、惑星を覆う雲が一枚岩ではなく、ばらばらに散らばっていることが明らかになった。

大気からわかること

WASP-39 b の化学元素の分布が明らかになり、それぞれの化学物質が大気中にどれだけ含まれているかも分かった。これは貴重な情報だ。特に、この惑星とその星、そして他の惑星が形成された円盤の状態を知る手がかりになる。実際、WASP-39 bの大気中のガスは、惑星が衝突や合体を繰り返してきた歴史を知る手がかりになる。

「硫黄が多いということは、この惑星が惑星状物質の大量降着を経験し、大気中にこれらの物質が運ばれてきたことを示しています。このデータは、大気中の酸素が炭素よりもずっと豊富であることを示しています。このことは、WASP-39 b がもともと中心星から遠く離れた場所で形成されたことを示す可能性があります。」」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校でNIRSpec の観測を担当した大野和正氏は言う。。

WASP-39b の結果が報道される

JWSTが行った大気化学の調査は、現在5つの科学論文の審査と出版が行われている。その中には、かなり驚くべき発見が含まれている。英国オックスフォード大学の研究者であり、論文の主執筆者であるShang-Min Tsai(シャン=ミン・ツァイ)氏は、「これは、太陽系外惑星で光化学(星のエネルギー的な光によって始まる化学反応)の具体的な証拠を見た初めての例です。このミッションによって、太陽系外惑星の大気についての理解が進むと期待しています。」と述べている。

NIRSpec がこれほど多くの大気のサインを正確に検出できたことは、将来の系外惑星研究にとって良い兆しだ。特に、天文学者が生命が存在する可能性のある惑星を探す際には、このことが重要な意味を持つ。その大気は、生命を示す化学的な手がかりを含んでいるはずだ。コーネル大学の研究者であり、国際チームのメンバーであるLaura Flagg(ローラ・フラッグ)氏は、「私たちは、太陽系外惑星の大気の全体像を見ることができるようになるでしょう。すべてが塗り替えられると思うと、とてつもなくわくわくします。それは科学者としての醍醐味です。」と述べている。

この記事は、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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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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