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雲は多くの太陽光を反射する。地球の雲は太陽光の約30%を反射して宇宙空間に戻るが、完全に雲に覆われた金星は75%を反射しており、だからこそ夜空で最も明るい天体となっている。そして今回、天文学者は強く恒星からの光を反射して輝く太陽系外惑星を発見した。太陽系外惑星LTT9779bは、受けた星の光の80%を反射することが判明しており、その姿はさながら「鏡の惑星」と呼ぶにふさわしい。

太陽系外惑星LTT9779bの大気では、チタン雲の層の上にガラス雲の層が浮かんでおり、到達した星の光の80パーセントを反射する天然の鏡を作り出している。われわれの太陽系では、明るい金星でさえ太陽光の75パーセントしか反射しない。LTT9779bは海王星とほぼ同じ大きさだが、ほぼ2倍の質量があり、19時間に1度恒星の周りを回っている。

恒星に近く、金属の重い雲が上空を漂い、チタンのしずくが降り注いでいる、燃えている世界を想像してみてください」と、『Astronomy and Astrophysics Today』に掲載された論文の共著者であるディエゴ・ポルタレス大学の天文学者、James Jenkins氏は最近の声明で述べている。

LTT9779bは、欧州宇宙機関(ESA)のCHEOPS(CHaracterising ExOPlanet Satellite: 太陽系外惑星探査衛星)によって驚くべき反射率を持っており、壮絶な環境であることが明らかになった。CHEOPSは、太陽系外惑星が存在することが知られている明るい近傍の恒星を研究する初の宇宙ミッションである。

2019年以来、このミッションの目標は、異星を観測し、恒星の前を通過する惑星の大きさを高精度で観測することであった。

Cheops shows scorching exoplanet acts like a mirror

恒星の周りをわずか19時間で公転するこの惑星は、NASAのTESSミッションによって2020年に初めて発見されたものだ。

惑星の反射率を表す数値はアルベドと呼ばれる。表面の反射率が高いほどアルベドも高く、暗い表面やざらざらした表面は光を吸収する。雲が多かったり、白く輝く氷に覆われていたりしない限り、ほとんどの惑星はアルベドが低い。

地球から約260光年離れた太陽サイズの恒星の周りにある惑星LTT9779 bは、金星よりもアルベドが高く、約80パーセントもあった。科学者にとって大きな疑問のひとつは、この惑星は高温で雲がないはずなのに、なぜこれほど多くの光を反射できるのかということだ。これは、この惑星が恒星の極めて近くに位置し、19時間に1度公転しているからである。

この惑星は、半径が海王星よりわずかに大きく(地球の4.7倍)、表面温度が摂氏約2,000度という、地獄のような惑星である。他の太陽系外惑星の観測に基づき、天文学者たちは海王星サイズの惑星が恒星のすぐ近くにあることに驚いた。これまでは、木星と同じような大きさの大きな惑星か、もっと小さな惑星しか恒星の近くに見つかっていなかった。そのため、恒星の近くの環境は “高温の海王星砂漠(Hot Neptune Desert)”と呼ばれている。

しかし、2020年に惑星LTT9779 bが発見されたことで、天文学者たちは謎に包まれた。高温の海王星砂漠に「高温の海王星」があったのだ。しかも非常に明るく、これまで観測された太陽系外惑星の中で最も輝いていた。

ESAのCHEOPSミッションは、夜空全体を調査するのではなく、単一の世界に長時間焦点を当てることができるため、このような謎を解くために最適だった。

この場合、CHEOPSは10回にわたって恒星の後ろを通過する惑星を観測した。これらの通過の間、望遠鏡は恒星と惑星の両方から来る合成光を測定し、その差を観測してLTT9779bの固有の明るさを推測した。

このデータから、科学者たちは、この惑星はガス惑星として出発したが、時間の経過とともに質量を失ってきたという仮説を立てた。この惑星は、チタンとガラスのようなシリカ物質で構成された大気を持つに違いない。事実上、大気は鏡のような組成をしている。

摂氏約2,000度と推定されるこのような世界の表面温度では、金属やガラスでできた雲でさえ存在できないはずだ。

コート・ダジュール天文台(フランス)の研究者で、この研究の共著者であるVivien Parmentier氏は、「この雲の形成を、熱いシャワーを浴びた後の浴室にできる結露と同じように考えるべきだと気づくまでは、本当に謎でした。浴室を蒸し風呂にするには、水蒸気が凝縮するまで空気を冷やすか、空気が水蒸気で飽和してそれ以上保持できなくなり、雲が発生するまでお湯を出し続けるかのどちらかです」と、説明する。

LTT9779bの場合、大気がケイ酸塩と金属の蒸気で超飽和状態にあるため、この惑星は金属雲を形成することができる、と彼は言った。つまり、文字通り、この奇妙な世界にはチタンの雨が降っているのだ。

マルセイユ天体物理学研究所の天文学者Sergio Hoyer氏はハッブル宇宙望遠鏡とジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽系外惑星の輝く大気からの光を他の波長の光で測定することができるため、この奇妙な鏡の世界の詳細を明らかにすることができるかも知れないと期待を寄せている。


論文

参考文献

研究の要旨

背景小惑星の光学的二次食の測定は、これらの世界の反射特性に関する豊富な情報を提供することができるが、その深さは比較的浅いため、測定は特に困難である。しかし、このような信号を検出し、モデル化することができれば、惑星のアルベド、熱的特性、上層大気中の吸収体に関する情報を得ることができる。

目的我々は、CHaracterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS)を用いて、惑星LTT 9779 bの光学的二次食を検出し、その特徴を明らかにすることで、惑星のアルベドを測定し、大気凝縮のシグネチャーを探索することを目的とする。

方法我々はCHEOPSを用いて、この惑星の10回の二次食を観測した。私たちは、3つの独立した方法を用いて光度曲線を注意深く分析し、デトレンドをかけ、最終的に天体物理学的なデトレンドをかけ、個々の光度曲線と組み合わされた光度曲線の食モデルのフィッティングを行った。

結果は以下の通り。どの解析方法でも統計的に同じような結果が得られ、115±24ppmの深さでLTT 9779 bの食をしっかりと検出することができた。この驚くべき大きな深さは、この惑星の幾何学的アルベドを0.80-0.17+0.10とし、放射対流モデルの推定値と一致する。この値は、我々の太陽系の金星に近い。CHEOPS による食と TESS とスピッツァーによる観測を組み合わせると、我々の地球気候モデルは、LTT 9779 b が超金属リッチな大気を持っている可能性が高く、400×太陽という下限値が見つかり、ケイ酸塩雲が存在することを示している。観測はまた、光学的な食の深さの変動のヒントを明らかにしているが、これらはまだ確認されていない。

結論今回発見された光学的な結果は、近赤外線の結果と組み合わせることで、海王星砂漠に生息する超高温海王星世界の大気構造と物理過程を理解するための第一歩となる。

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