ふわふわの「綿菓子」エイリアンの惑星発見による科学者たちの衝撃 – 「私たちはこの惑星がどのように形成されたのか説明できません」

天文学者たちは地球より50％大きいWASP-193bという巨大低密度惑星を発見しました。 木星 しかし、綿菓子のような密度を持っています。 科学者たちはそのような惑星がどのように形成されるかを説明することができないので、今回の発見は現在の惑星形成理論に挑戦しています。

天文学者たちは、私たちの地球から遠い星を空転させる巨大でふわふわの奇妙な惑星を発見しました。 天の川 銀河。 この発見は5月14日にジャーナルに報告されました。 自然天文学 研究者による MITベルギー・リエージュ大学などは、巨大で超軽量の惑星がどのように形成されるかについての謎の有望な鍵です。

WASP-193bという名前の新しい惑星は、サイズは木星よりも小型に見えますが、密度は木星の一部にすぎません。 科学者たちは、ガス巨人が木星より50％大きく、密度は10分の1程度であることを発見しました。 密度は綿菓子に似ているほど非常に低いです。

WASP-193bは現在までに発見された惑星の2番目に軽い惑星です。 ネプチューン-同じ世界、ケプラー51d。 新しい惑星のはるかに大きいサイズと超軽量密度のため、WASP-193bは現在までに発見された5,400以上の惑星の中で珍しい存在となりました。

研究の上級著者であり、MIT博士後の研究者であるKhalid Barkaouiは、「このように小さな密度を持つ巨大な物体を発見することは本当に珍しい」と述べています。 「ふわふわの木星と呼ばれる惑星の種類がありますが、それが何であるかについては15年間ミステリーでした。 そしてこれはそのクラスの極端なケースです。

共著者とアンダルシアの天体物理学研究所の上級研究者であるフランシスコ・ポジュエロス氏は、だからだ」と付け加えた。 スペインで。 「私たちは、古典的な進化モデルに基づいて、この惑星がどのように形成されたかを説明することはできません。 大気をより詳しく観察すると、この惑星の進化経路がわかります。」

この研究のMIT共同著者は、MIT地区、大気および惑星科学との助教授であるJulien de Wit、MIT博士後研究者Artem Burdanov、およびヨーロッパ中のいくつかの機関の共同作業者がいます。

WASP-193bシステムに対するアーティストの印象クレジット: リエージュ大学

「興味深いツイスト」

新しい惑星は最初、惑星広角探索（Wide Angle Search for Planets、WASP）によって発見されました。 これは、北半球と南半球にそれぞれ1つずつ、2つのロボット観測所を一緒に運営する学術機関の国際協力です。 各観測所は、一連の広角カメラを使用して、空全体にわたる数千の個々の星の明るさを測定します。

2006年から2008年まで、そして再び2011年から2012年まで実施された調査では、WASP-South天文台は地球から1,232光年離れた太陽に似た明るく近い星であるWASP-193の周期的な通過または光の減少を検出しました。 天文学者たちは、星の周期的な明るさの減少が惑星が星の周りを回り、6.25日ごとに光を遮断することと一致すると判断しました。 科学者たちは、惑星が通過するたびに遮断される光の総量を測定して、惑星の巨大な草木星の大きさを推定しました。

それから天文学者たちは惑星の質量を正確に把握するために努力しました。 これにより、惑星の密度と構成に関する手がかりを明らかにすることができました。 質量推定値を得るために、天文学者は通常、惑星が星の周りを回るときに科学者が星のスペクトルまたは光のさまざまな波長を分析する技術である視線速度を使用します。 星のスペクトルは、軌道を回る惑星などの星を引く要因に応じて特定の方法で移動することができます。 惑星の質量が大きいほど、星に近いほどスペクトルが移動しやすくなります。 これは科学者に惑星の質量のアイデアを与えることができる歪みです。

WASP-193bの場合、天文学者は、さまざまな地上望遠鏡で撮影した星の高解像度スペクトルをさらに取得し、視線速度を使用して惑星の質量を計算しようとしました。 しかし、彼らは空になっていました。 まさにその理由は、惑星が軽すぎて星を引っ張る力が全く感じられなかったからです。

「通常、大きな惑星は通常巨大で、星を大きく引き寄せるため、検出するのは非常に簡単です」とde Witは説明します。 「しかし、この惑星にとって難しいのは、それが巨大であっても質量と密度が低すぎるため、放射速度技術だけでは実際に検出するのが非常に難しいということです。 興味深い反転でした。」

「[WASP-193b] とても軽いので、データを収集し、大規模な信号があることを示すのに4年かかりましたが、本当に小さいです。」とBarkaouiは言います。

Pozuelosは、「最初は密度が非常に低く、最初は信じにくかった」と付け加えます。 「これは非常にまれなことなので、これが惑星の実際の密度であることを確認するために、すべてのデータ分析プロセスを何度も繰り返しました.」

膨らんだ世界

結局、研究チームはこの惑星が実際に極めて軽いという事実を確認した。 彼らが計算した質量は木星の約0.14倍でした。 そして質量で計算した密度は立方センチメートル当たり約0.059gであった。 対照的に、木星は立方センチメートルあたり約1.33グラムです。 そして地球は立方センチメートル当たり5.51グラムと大きいです。 おそらく密度が新しいふわふわの惑星に最も近い物質は綿菓子であろうが、密度は立方センチメートル当たり約0.05グラムである。

「惑星はあまりにも軽いので、同様の固体材料を考えることは困難です」とBarkaouiは言います。 「綿菓子に近い理由は、両方とも固体よりも軽い気体でほとんど作られたからです。 惑星は基本的にとてもふわふわです。」

研究者たちは、この新しい惑星が銀河の他のほとんどの巨大ガス惑星のように、ほとんど水素とヘリウムで作られていると疑っています。 WASP-193bの場合、これらのガスは木星の大気より数万キロメートル離れて広がる膨大な膨大な大気を形成する可能性が高いです。 正確にどのように惑星が超軽量密度を維持しながらこれまで膨張できるかは、既存の惑星形成理論ではまだ答えられない質問です。

新しいふわふわの世界のより良い画像を得るために、チームは以前に開発されたde Wit技術を使用して、最初に温度、構成、さまざまな深さでの圧力などの惑星大気の特定の特性を導き出す予定です。 これらの特性は、惑星の質量を正確に計算するために使用することができます。 現在、チームはWASP-193bを次の観測所のその後の研究のための理想的な候補と見ています。 ジェームズウェブ宇宙望遠鏡。

「惑星の大気が大きいほど、より多くの光が通過することができます。」とde Witは言います。 「それで、この惑星が大気の影響を研究するための最高の目標の1つであることは明らかです。 ふわふわの木星の謎を解くためのロゼッタストーンになります」

注：Khalid Barkaoui、Francisco J. Pozuelos、Coel Hellier、Barry Smalley、Louise D. Nielsen、Prajjal Niraula、Michaël Gillon、Julien de Witの「木星サイズの惑星WASP-193 bの周りの拡張低密度雰囲気」サイモン・ミュラー、キャロラインお金、ラビット・ヘルド、エマニュエル・ジェヒン、ブライス・オリヴィエ・デモリ、バレリー・ヴァン・グルテル、アブデラマン・スブキウ、ムラード・ガチョイ、デビッド。 R. Anderson, Zouhair Benkhaldoun, Francois Bouchy, Artem Burdanov, Laetitia Delrez, Elsa Ducrot, Lionel Garcia, Abdelhadi Jabiri, Monika Lendl, Pierre FL Maxted, Catriona A. Murray, Peter Pihlmann Pedersen, Didier Queloz, Daniel Sebastian, Oliver Turner Stephane Udry、Mathilde Timmermans、Amaury HMJ Triaud、およびRichard G. West、2024年5月14日、 自然天文学。
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

この研究は、部分的にコンソーシアム大学とWASPのためのイギリスの科学技術施設協議会で資金を受けました。 欧州研究委員会ワロニア – ブリュッセル連盟。 Heising-Simons Foundation、Colin、Leslie Masson、Peter A. GilmanがArtemisやその他のSPECULOS望遠鏡をサポートしています。