天文学者は、約137光年離れたM矮星（赤色矮星）を周回する新しいスーパーアースを発見した。この惑星はTOI-715bと名付けられ、地球の半径の約1.55倍で、恒星のハビタブルゾーン内にある。この星系にはもうひとつ惑星候補がある。これは地球サイズで、もし確認されれば、TESSがこれまでに発見したハビタブルゾーン惑星の中で最も小さい惑星となる。

TOI-715は平均的な赤色矮星である。質量は太陽の約4分の1、半径は約4分の1である。TOI-715bは恒星に近く、その狭い軌道は矮星の周りを1周するのに19日しかかからない。赤色矮星は太陽よりずっと暗いので、このスーパー・アースは恒星の保守的なハビタブル・ゾーンに位置している。

英国王立天文学会の月刊誌『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』に掲載された新しい研究がこの発見を紹介している。タイトルは「A 1.55 Earth-radius habitable-zone planet hosted by TOI-715, a M4 star near the ecliptic South Pole.」 である。筆頭著者はバーミンガム大学物理・天文学部のGeorgina Dransfieldである。

ハビタブルゾーンは、液体の水が存在する可能性のある惑星を特定するための、かなり粗雑な方法である。恒星のスペクトルタイプ、惑星のアルベド、質量、さらには大気の曇り具合によって、惑星が液体の水を持つかどうかが決まるため、その境界は不明確で矛盾さえしている。

保守的ハビタブルゾーン（conservative habitable zone: CHZ）という考え方は、より参考になる。これはコッパラプらによる2014年の論文に由来するもので、恒星の周囲で、岩石惑星が地球と同じ0.42～0.842の太陽日射量を受ける領域を指す。これだけのエネルギーを受ける岩石惑星は、距離に関係なくCHZに属する。

恒星のCHZでスーパーアースを発見することは、常にエキサイティングなことだ。他の惑星や、他の生命が存在する可能性がある惑星に対する好奇心を刺激する。そのため、液体の水や生命が存在する可能性がゼロである熱木星のような惑星よりも興味をそそられる。ホットジュピターの邪悪な環境では、最も頑強な極限環境生物でさえ生き残ることはできない。

しかし、この発見には他にもいくつか興味深い理由がある。

何千もの太陽系外惑星が発見された今、天文学者たちはその個体数の傾向を見ている。そのひとつが、地球半径1.5と2の間にある小惑星集団のギャップである。地球半径1.55のTOI-715bはこのギャップの中にある。

この半径の隙間に惑星が形成されない可能性は極めて低い。惑星がこのギャップに入るには、最初はもっと大きく、そして質量を失う必要がある。つまり、Fulton Gapは、ある惑星がどのようにして質量を失うのかについて教えてくれるのだ。天文学者たちは、このギャップにある惑星は、最初はもっと大きかったが、恒星が光蒸発によって質量の一部を奪い、惑星を縮小させていると考えている。そのため、光蒸発の谷と呼ばれることもある。この谷と光蒸発の周辺には多くの不確定要素があり、天文学者たちはこの谷にある惑星を研究して何かわかることがないかと考えている。

「半径の谷の重要性は、惑星の形成と形成後の進化について教えてくれる可能性にある」と、著者は説明している。

この半径のギャップがM矮星の周囲に存在するかどうかについては、不明な点がある。M矮星は、半径のギャップではなく密度のギャップを持っている可能性がある。「しかし、Luque & Pallé (2022)による最近の研究は、M矮小惑星には、半径のギャップではなく密度のギャップがあり、小さな惑星の2つの集団（岩石惑星と水惑星）を分けている可能性を示している。

半径のギャップであれ密度のギャップであれ、TOI-715b は太陽系外惑星、光蒸発、赤色矮星周辺の太陽系外惑星分布の性質について、我々に何かを教えてくれるはずだ。しかし、それを発見するには、さらに詳細な観測が必要だ。これが、このスーパーアースが興味をそそられる2つ目の理由である。

太陽系外惑星を見つけ始めて以来、科学者たちはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が稼働する日を心待ちにしてきた。「ついにJWSTの時代が到来し、それに伴い、太陽系外惑星の詳細な大気の特徴を明らかにする時代が到来した」と著者たちは論文に書いている。JWSTは系外惑星大気のスペクトルを観測し、その成分を決定する能力を持つ。しかし、JWSTが非常に強力であるにもかかわらず、あるターゲットは他のターゲットよりも透過分光観測のチャンスがある。

TOI-715bは恒星に近く、格好のターゲットである。TOI-715は小さな赤色矮星で、この惑星は19日ごとに恒星の周りを回っているため、太陽系外惑星が恒星の前を通過するのはより深く、より頻繁である。これは、JWSTが惑星の大気を観測するのに多くの時間を必要としないことを意味し、宇宙望遠鏡の時間を効率的に使うことができる。”透過分光法による大気の特性評価の文脈では、明るく近傍のM矮星は、小さな温帯惑星が頻繁にトランジットするため、理想的な惑星のホストであり、少ない望遠鏡の時間で大気の特徴の高S/N検出を可能にする “と著者らは説明している。

この超地球は居住可能なのか？JWSTの分光法がないため、推測するしかない。それは保守的なハビタブルゾーンにあるが、それでは何も始まらない。それでも、いくつかの希望の兆しはある。

TOI-715は太陽より少し古く、約66億歳である。著者によれば、この星は「磁気活動の程度が低い」。そのためか、TESSの光度曲線では、若いM矮星に比べてフレアが見られない。赤色矮星は、惑星を滅亡させるような非常に強力なフレア現象を示すことが知られている。また、赤色矮星は大気を奪うこともあり、太陽系外惑星の光蒸発の谷の原因になっている可能性もある。

TOI-715の周りを別の惑星が回っているかもしれない。現在のところTIC 271971130.02と名付けられた候補に過ぎないが、もし確認されれば、TESSが発見した中で最も小さなハビタブルゾーン惑星となる。しかし、それを確認するには追跡観測が必要である。

TOI-715星系は、さらなる研究が必要な魅力的なターゲットである。TOI-715bはその順番を待っているが、最終的にはJWSTがその大気を調べるだろう。その結果がハビタビリティを裏付けるものであれば、天文学者の興奮は高まるばかりだろう。同時に、太陽系外惑星をより深く理解するための障害となっている半径や密度のギャップについても、より多くのことがわかるかもしれない。

さらに、TESSによって発見された中で最小のハビタブルゾーン惑星が、この星にもうひとつあるかもしれないという事実が加われば、TOI-715星系の重要性はさらに高まる。

この記事は、EVAN GOUGH氏によって執筆され、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。