SF作品で登場する事も多い、2つの太陽を持つ惑星は想像上のものではなく実在することが明らかになっている。

有名な『スター・ウォーズ』シリーズに登場する「タトゥイーン」という惑星にちなみ、タトゥイーン星系とも呼ばれるこのタイプの数少ない惑星として知られているTOI-1338bが、最近同じ星系に巨大な伴星を持つことが分かった。ほとんどの恒星は連星系に属しているが、連星系がどのように惑星を形成し、維持しているのかについてはまだ解明されていないため、今回の発見は私たちの知識の大きな穴を埋めるものとなる。

通常、2つの恒星が両者の重心の周りを軌道運動している連星系は、恒星の間隔が非常に広いため、惑星は一方の星を周回する事はあっても、もう一方の恒星の影響をほとんど受けない。しかし、「タトゥイーン」と名付けられた循環星系は、もっと興味深いものだ。そこでは、惑星が両方の星の周りを回っているのだ。

タトゥイーン星系は、星系の進化によって惑星が追い出されるのではないかという疑惑から、かつてはあり得ないと考えられていた。しかし、現在ではいくつか発見されているが、パターンを探すには十分な量ではない。さらに、タトゥイーンのほとんどが孤独な世界なのか、星系で唯一生き残った惑星なのか、それとも集団でやってきているのかもわかっていない。今回の論文は、その答えの一助となるものだ。

2018年以来、TESS宇宙望遠鏡は、TOI（Tess Objects of Interest）と名付けられた系で、恒星の面を横切る惑星を求めてきた。TOIのサブセットは連星系で、これを発見した場合はBEBOPs（Binaries Escorted By Orbiting Planets）という名称が予約されている。

2020年、TESSのデータからTOI-1338bという惑星が、NASAのインターンシップの3日目に10代のWolf Cukier氏によって発見され、BEBOP-1と名付けられた。残念ながら、TESSは惑星の存在と軌道の長さを特定できるものの、大きな疑問が残るものだった。バーミンガム大学のMatthew Standing博士は、「トランジット法により、TOI-1338bの大きさを測定することができましたが、惑星の最も基本的なパラメータである質量は測定できませんでした」と声明で述べている。

Standing教授と共同研究者たちは、太陽系外で初めて惑星が発見されたドップラー揺動法とも呼ばれる放射速度法を用いてTOI-1338bの質量を探した。2つの星が互いに影響しあっているため、このような検出は特に困難なのだ。しかし、その代わりに、ほぼ2倍の距離にある、より巨大な惑星を発見した。それが「BEBOP-1c」だ。「BEBOP-1cの公転周期は215日で、質量は地球の65倍、木星の5倍弱です」と、Standing氏は言う。金星と同じような軌道距離なので、BEBOP-1系にはさらに多くの惑星が存在する余地があるが、質量が非常に大きくないと発見するのは難しいかも知れない。

オハイオ州立大学のDavid Martin博士は、「これまでに知られている循環星系は12個だけで、複数の惑星を持つのはこれが2個目です」と語っている。また、この方法で環状惑星が発見されたのも初めてだ。

天文学者は、他の惑星系に比べて困難が多いにもかかわらず、より多くのタトゥイーンを見つけたいと考えている。それは、惑星形成についてより一般的に教えてくれるからである。

バーミンガム大学のLalitha Sairam博士は、「惑星は、若い星を取り巻く物質の円盤の中で生まれ、そこで質量が徐々に集まって惑星になります。循環軌道の場合、円盤は両方の星を取り囲んでいます。両方の星が互いに公転するとき、それらは巨大なパドルのように作用し、連星から遠く離れた静かな領域を除いて、それらの近くのディスクを乱し、惑星形成を妨げるのです」と、説明する。

このことから、Sairam博士は、「太陽のような単星に比べて、循環系での惑星形成の場所や条件を特定することが容易である」と付け加えている。そこから、惑星の動きをたどって、現在の位置にたどり着くことができるのだ。

TOI-1338b/BEBOP-1bが見つからなかったことで、私たちは劇的なことを学んだ。もし、TOI-1338b/BEBOP-1bの質量が地球の22倍以上であれば、発見できたと著者たちは確信している。BEBOP-1bは、その大きさを考えると、その質量以下であるためには、密度が水の最大36パーセントでなければならず、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が異常なほど軽い惑星の化学を探索するターゲットになり得るのだ。「もし我々が、循環型タトゥイーンのような外宇宙空間の謎を解明するのであれば、TOI-1338/BEBOP-1系は新しい希望を与えてくれます」と著者たちは述べている。

BEBOP-1bとBEBOP-1cはどちらもガス惑星であり、また、生命を維持するには星に近すぎる。しかし、もしこの星系のさらに外側に生物がいたとしても、星を対等なものとして見ることはないだろう。一方の星は、他方の星の3倍以上の質量があり、約4000倍も明るいのだ。

論文

• Nature Astronomy: Radial-velocity discovery of a second planet in the TOI-1338/BEBOP-1 circumbinary system

参考文献

• University of Birmingham: A new Tatooine-like multi-planetary system identified
• via Space.com: New Tatooine-like exoplanet discovered orbiting twin suns. Meet BEBOP-1c.

研究の要旨

連星系の両方の星の周りを回る「循環型惑星」は、惑星形成に関する我々の理解を覆すものである。連星系に循環型惑星が存在することは12個しか知られておらず、これらの惑星を物理的性質とともにより多く特定することは、惑星形成を支配する物理的プロセスの一部を明らかにするのに役立つと考えられる。ここでは、HARPSとESPRESSO分光器によって得られた放射速度データを解析し、215.5±3.3日の周期を持つ食連星系の両方の星の周りを回る質量65.2±11.8地球質量（M↪Sm_2295）の巨大ガス惑星、BEBOP-1 cを検出したと報告しています。TOI-1338（以下、BEBOP-1）は、TOI-1338 bという小さな惑星も内包しており、多惑星周回系としては2番目に確認されたものである。TOI-1338bは放射速度データだけでは検出されず、99%の信頼度で21.8M⊖の質量の上限を設定することができる。TOI-1338bはJWSTによる大気観測が可能であり、BEBOP-1系は循環系外気圏研究のベンチマークとなる可能性がある。