ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、太陽系の外にある惑星を初めて直接撮影した。今回JWSTが撮影した惑星は「HIP 65425 b 」といい、A型星を周回するガス惑星で、木星の約 9 倍の質量を持ち、地球から約 355 光年の距離にある。この惑星が居住可能である可能性はほとんどないが、今回の観測データは、JWSTが太陽系外惑星を研究する上で、いかに強力なツールとなるかを示している。
「これはウェッブだけでなく、天文学全般にとって変革の瞬間です」と、Sasha Hinkley氏は NASA のブログで述べている。Hinkley氏は、イギリスのエクセター大学の物理学と天文学の准教授で、大規模な国際共同研究とともにこの観測を主導した。このチームの査読前の論文は、arXivに掲載されている。
この惑星はもともと、2017年にチリの超大型望遠鏡によって発見され、短い赤外線の波長の光を使って画像を撮影したものだ。JWSTはより長い赤外線の波長で見ることができるため、地上の望遠鏡では検出できないような新しい詳細を明らかにできるとして、天文学者たちはこの惑星をJWSTで見ることに興味を示していた。
宇宙から太陽系外惑星を直接撮影したのは、今回が初めてではない。ハッブル宇宙望遠鏡やジェミニ惑星探査機などによって、これまでに20以上の太陽系外惑星が撮影されている。しかし、JWSTによるこの最初の太陽系外惑星の画像は、遠くの惑星を研究するための今後の可能性を示している。
この惑星の新しい観測は、JWSTの早期公開科学プログラムの一環として行われた。また、世界中の天文学者がデータを分析し、次の観測を計画する機会にもなる。
さらに、この新しい望遠鏡による最初の観測によって、天文学者はこの望遠鏡がどのような性能を持ち、どのような観測が可能なのかを理解することができる。研究チームは、プレプリント論文の中で、JWST による観測で HIP 65425b が7つの観測フィルターのすべてで明確に検出され、これは5ミクロン以上の太陽系外惑星を直接検出した初めての例であると書いている。実際には、11.4ミクロンと15.5ミクロンでの観測も行っており、技術的な飛躍は計り知れないものがある。
上の画像は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡から見た太陽系外惑星 HIP 65426 b を、さまざまな波長の赤外線で撮影したものだ。紫色が NIRCam 装置の 3.00 マイクロメートル、青色が NIRCam 装置の 4.44 マイクロメートル、黄色が MIRI 装置の 11.4 マイクロメートル、赤が MIRI 装置の 15.5 マイクロメートルで見た画像を示している。これらの画像は、ウェッブの観測装置の光の捉え方によって異なって見える。それぞれの観測装置の中にあるコロナグラフと呼ばれるマスクが、惑星が見えるように恒星の光を遮っているのだ。それぞれの画像にある小さな白い星は、恒星 HIP 65426 の位置を示しており、コロナグラフと画像処理によって差し引かれている。NIRCam の画像に見られる棒状のものは、望遠鏡の光学系のアーティファクトであり、宇宙に存在している物体ではない。
また、研究チームは、この最初の観測から、JWSTの性能とベストプラクティスについてさまざまな知見が得られたと書いている。彼らは、JWST が 「NIRCam と MIRI の両方で期待されたコントラスト性能を上回っている」こと、そして「HIP 65426 b の測光観測が絶妙な感度を提供している”」こと、そして「JWST がハイコントラスト撮像による系外惑星の研究において、画期的な機会を提供してくれる」 ことを発見した。
星は惑星よりもずっと明るいので、太陽系外惑星を直接撮影することは困難だ。しかし、JWSTはコロナグラフを搭載しており、恒星の近くにある太陽系外惑星を直接撮影することができる。この太陽系外惑星の画像は「点」であり、大パノラマではないが、その「点」を調べることによって、その惑星について多くのことを知ることができる。色、季節の違い、自転、季節や天候の違いなどだ。
HIP 65426 b 惑星は、近赤外線では主星よりも1万倍以上暗く、中間赤外線では数千倍暗くなる。また、それぞれのフィルター画像で微妙に異なる形の光の塊として見えるという。これは、ウェッブの光学系が特殊で、異なる光学系を通過する光をどのように変換しているかによるものだ。
カリフォルニア大学サンタクルーズ校の博士研究員で、画像の解析を担当したAarynn Carter氏は、「この画像を得ることは、宇宙の宝を掘り当てるような気分でした。最初は星の光しか見えませんでしたが、丁寧な画像処理でその光を取り除き、惑星を発見することができました。」と語っている。
JWSTの観測の鍵の一つは、異なる波長での光の強さを測定する科学である分光学の能力だ。惑星が星の前を通過するとき、星の光は惑星の大気を通過する。天文学者の説明によると、例えば、惑星の大気にナトリウムが含まれている場合、星のスペクトルに惑星のスペクトルを足すと、スペクトルの中でナトリウムが見えると予想される場所に「吸収線」と呼ばれるものができるとのことだ。これは、元素や分子によって吸収する光のエネルギーが異なるためで、ナトリウム（またはメタンや水）が存在する場合、スペクトルのどの部分にナトリウムの特徴が見られるかを知ることができる。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の主な用途の一つは、宇宙のどこかで生命の構成要素を探すために、太陽系外惑星の大気を研究することだ。赤外線観測の利点は、太陽系外惑星の大気中の分子は、赤外線の波長が最も多くのスペクトルの特徴を持つということだ。もちろん、最終的な目標は、地球と同じような大気をもつ惑星を見つけることである。
HIP 65426 b は、恒星の周りを630.7年かけて一周し、恒星から92天文単位の距離にある巨大ガス惑星だが、JWST による太陽系外惑星の撮像と観測を初めて体験することができた。
研究チームが論文で書いているように、「全体として、これらの観測は、JWST が直接撮像可能な太陽系外惑星の集団をより詳細に特徴づけるための強力でエキサイティングな機会を提供することを確認するものです。」
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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