ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST)は、太陽系外で初めて大気中に水が存在する証拠が検出された惑星「K2-18b」に関する知識をさらに深め、この魅力的な系外惑星に生命が存在している強力ないくつかの証拠が観察された事を報告している。JWSTが得たスペクトルは、二酸化炭素とメタンの強い証拠を示しており、さらに重要なことは、少なくとも地球上では生物によってのみ生成される気体であるジメチルスルフィド(CH₃)₂Sも発見された可能性があるとのことだ。

「K2-18b」は、地球から約120光年離れた、しし座の赤色矮星「K2-18」のハビタブルゾーンに存在する。親星であるK2-18からの光は、我々の目から見てK2-18bを横切るたびに、K2-18bの大気を通過する。大気中のガスは特定の波長をブロックし、その存在を明らかにするユニークな“指紋”を作る。

JWSTはこの指紋を利用して、以前に特定された水に加えて、今回メタンと二酸化炭素の検出に成功した。また、ジメチルスルフィドに関連する波長の1つである3.3μmで何らかの反応を発見したが、他のガスもこれに近い波長で吸収するため、ジメチルスルフィドが検出されたと確定する事は出来ない。

だが、さらに観測を重ねれば、この疑問に決着がつくかもしれない。K2-18bが恒星を通過するたびに、より多くの光を集める機会があり、これらの観測を合わせれば、より明確なシグナルが得られる可能性がある。解析は2回の通過の観測で行われ、それぞれハッブル宇宙望遠鏡によって観測された8回の観測に相当する。

2015 年に発見された K2-18b は、太陽系内および太陽系外のどの天体とも区別できるため、天文学者の好奇心を魅了し続けている。 124光年離れた恒星を周回するこの惑星は特別な存在としてマークされており、JWSTがこの惑星を優先的に注目するのは必然だった。

K2-18bの半径は地球の2.6倍だが、質量は8.6倍である。そのため、岩石惑星よりは密度が低いが、海王星のような巨大ガス惑星よりは密度が高い。この惑星は、水素を多く含む厚い大気に囲まれた水に覆われていると考えられている。天文学者たちは、このクラスの惑星をハイセアン惑星(hycean planet)と名付け、より地球に近い世界の大気よりも生命の痕跡を見つけやすいかもしれないと考えている。K2-18bはハイセアン惑星の可能性が高い最初の惑星と考えられているが、これまでは推測の域を出ていなかった。

惑星科学者たちは、ハイセアン惑星の大気にはメタンと二酸化炭素が存在し、アンモニアはほとんど存在しないと予測していた。この組み合わせは、この惑星が生命に適していることを示しているが、そこで生物学が起こっていることを知るためには、もっとエキゾチックな分子を見つける必要がある。ジメチルスルフィドは最も見つけやすいもののひとつだろう。

「この種の惑星は太陽系には存在しないが、サブ海王星は銀河系でこれまでに知られている惑星の中で最も一般的なタイプす。ハビタブルゾーンのサブ海王星について、これまでで最も詳細なスペクトルを得ることができ、その大気中に存在する分子を解明することができました」と、カーディフ大学のSubhajit Sarkar博士は声明の中で述べている。

2019年、ハッブルを使ったK2-18bの大気の研究では、水蒸気の兆候が検出され、これは液体の海を持つほど冷たい惑星で初めて起こったことであった。とはいえ、これはすべて遅々として進まなかった。ハビタブルゾーンの惑星は、我々が最も簡単に見つけることができる過熱した世界よりも長い軌道を必要とする。赤色矮星を親星とする惑星であっても、惑星が通過するまでに33日かかる。

K2-18bは非常に重要であると考えられているため、JWSTのスケジュールが競合するにもかかわらず、将来の通過の観測は優先して予約されている。

「我々の究極の目標は、居住可能な太陽系外惑星に生命が存在することを確認することであり、それは宇宙における我々の位置についての我々の理解を一変させるでしょう。我々の発見は、この探求におけるハイセアン世界のより深い理解への有望な一歩です」と筆頭著者であるケンブリッジ大学のNikku Madhusudhan教授は語った。

論文

• arXiv: Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere

参考文献

• NASA: Webb Discovers Methane, Carbon Dioxide in Atmosphere of K2-18 b

研究の要旨

太陽系外惑星大気における居住可能な環境とバイオマーカーの探索は、太陽系外惑星科学の聖杯である。ハビタブルな地球型太陽系外惑星の大気シグネチャーを検出することは、惑星星の大きさのコントラストが小さく、平均分子量の高い薄い大気のために困難である。最近、ハイセアン世界と呼ばれる新しいクラスのハビタブル系外惑星が提案され、H2リッチ大気を持つ温帯海洋に覆われた世界として定義された。同じ質量の岩石質惑星に比べ、サイズが大きく、大気が広がっていることから、ハイセアン世界はJWSTによる大気分光観測の対象となりやすい。ここでは、JWSTのNIRISSとNIRSpecの0.9-5.2μm領域で観測されたハイセアン惑星候補K2-18 bの透過スペクトルを報告する。このスペクトルから、メタン（CH4）と二酸化炭素（CO2）がそれぞれ信頼度5σと3σで強く検出され、H2に富む大気中の体積混合比はそれぞれ〜1％と高いことがわかった。CH4とCO2が豊富で、アンモニア(NH3)が検出されなかったことは、K2-18 bの温帯H2リッチ大気下の海洋の化学的予測と一致する。CH4の検出は、温帯系太陽系外惑星における長年のメタン欠乏の問題と、K2-18 bの大気組成の退化を解決するものである。我々は、この発見の意味するところ、未解決の問題、そして他の場所での生命探査におけるこの新しい領域を探るための今後の観測について議論する。