天文学者たちはこれまで知られている中で最も若い惑星を発見した

エリアス 2-24 b と名付けられたこの惑星は、NASA が資金提供したアーカイブに保管されている観測結果を使用して特定されました。この惑星は今でも若い星の塵に覆われた円盤の内側を周回しているため、科学者たちは惑星形成が進行中の段階で研究する貴重な機会となっている。

「私たちの惑星形成モデルは、既知の最年少惑星、つまり恒星PDS 70を周回する2つの惑星と恒星WISPIT 2を周回する2つの惑星の間の四方リンクであり、いずれも500万年以上前のものであることを説明するのにすでに苦労しています」と、天文学研究所の教授でチリの研究の著者であるルーカス・シエサ氏は述べた。 「エリアス 2-24 b は、惑星形成の最良のモデルでさえいくつかの重要なプロセスが欠けていることを示しています。」

既知の中で最も若い惑星が確認された

9月16日に発表された研究では、 天体物理学ジャーナルからの手紙チリのディエゴ・ポルタレス大学の博士課程学生、アンドレア・ベルナルディ率いる研究者らは、7人の若い星のアーカイブされた観測結果を調査した。

これらの星は、協力協定を通じて NASA と協力しているハワイの WM ケック天文台のコロナグラフで観測されました。それぞれの星は、塵、ガス、氷と岩の塊で満たされた破片の円盤に囲まれています。これらの円盤の空洞やその他の構造は、惑星が形成されつつある兆候である可能性があります。

コロナグラフは星の明るい光の多くを遮断するため、近くにあるもっと暗い天体の検索が容易になります。この技術を使用して、天文学者は塵に覆われた円盤の中に隠れている惑星を探してきました。太陽系の外の恒星を周回する惑星は、系外惑星として知られています。

「惑星は空洞を彫っているので、空洞の中に見つかるはずだ」とベルナルディ氏は言う。 「そして、そこでエリアス 2-24 b を見つけました。」

エリアス 2-24 b は木星とほぼ同じ重さで、地球から約 450 光年離れた恒星の周りを周回しています。この系は非常に若いため、それを研究することで、天文学者は私たちの太陽系が数十億年前にどのようなものであったかを垣間見ることができます。

惑星を見ると形になる

星はガスと塵の大きな雲の中で形成されます。その後、惑星は生まれたばかりの星の周りに残った物質から成長し、徐々に物質を降着させ、周囲の円盤に道を刻みます。

しかし、厚い塵によって惑星が見えなくなる可能性があるため、この初期段階で惑星を観察することは非常に困難です。

確認されている系外惑星のほとんどは、通過によって発見されています。トランジットは、惑星がその星の前を通過するときに発生し、地球から見える星の光を一時的にわずかに減少させます。

惑星がまだ塵に埋もれている場合や、恒星から非常に遠い軌道を周回している場合、この方法を使用するのは非常に困難になります。その結果、確認されている約 6,000 個の系外惑星のほとんどは数十億年前のもので、恒星に比較的近い軌道を周回しています。

科学者たちは現在、理論、コンピューターシミュレーション、惑星の形成を直接検出することが困難なことが多い円盤に囲まれた若い星の観察を利用して、惑星形成のモデルを構築している。 Elias 2-24 b のような発見は、これらのモデルに重要な現実世界のテストを提供することができます。

「銀河は継続的に新しい星や惑星を生み出しているため、進化の各段階でたくさんの星や惑星が存在する」とシエザ氏は語った。 「これは、理論的にはプロセス全体を見ることができることを意味しますが、ほとんどの望遠鏡が検出できるものには大きなギャップがあります。現時点では、私たちはこれらの赤ちゃん惑星についてほとんど盲目です。」

十年来の謎が明らかになる

この新たな確認は、天文学者たちが約10年間議論してきた疑問にも決着を付けることになる。

チリのアルマ望遠鏡（アタカマ大型ミリ波サブミリ波アレイ）によるこれまでの観測では、若い恒星エリアス2-24の周りの塵だらけの円盤に隙間があることが明らかになった。その後、チリにあるヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡が、その空洞の中にかすかな光の点を発見しました。

科学者たちは、その物体が惑星である可能性があるのではないかと考えました。問題は、惑星形成に関する既存の理論が、特に恒星からこれほど離れた場所では、大きな惑星がこれほど早く形成されるはずがないことを示唆していたことだ。

現在のモデルは、太陽から木星の距離（太陽から地球の距離の5倍強）に木星サイズの惑星が形成されるには約500万年かかると示唆している。はるかに遠い巨大な惑星ではさらに時間がかかるはずです。

しかし、エリアス2-24系のこの微光天体は、その星から地球が太陽までの距離よりも約55倍離れており、すでに惑星になる兆候を示していた。

アーカイブデータによりエリアス 2-24 b が確認される

さらに調査するために、ベルナルディらは、ケック天文台とカリフォルニア工科大学/IPAC の NASA 系外惑星科学研究所との間の NASA の資金提供による共同研究であるケック天文台アーカイブを検索しました。

研究チームは、2018年と2020年に収集された観測で同じ淡い天体を発見した。観測結果を組み合わせて、その天体が時間の経過とともにどのように動いたかを追跡することによって、研究チームは、この天体が画像上のアーチファクトや遠方の背景の星よりも、恒星の周りを周回する惑星にはるかに近い動きをしていると判断した。

この分析により、最終的に物体はエリアス 2-24 b であることが確認されました。

「通常、望遠鏡が別々に動作しているという話は聞きますが、この確認は複数の望遠鏡を一緒に使用することでのみ可能でした」とベルナルディ氏は述べた。 「エリアス2-24bは、現在の望遠鏡で検出できる限界に達していますが、NASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡のような新しい機器を使えば、そのような検出はさらに容易になるはずです。」

ローマ人はさらに多くの赤ちゃん惑星を明らかにする可能性がある

8月30日に打ち上げられたばかりのローマンは、既存の望遠鏡では見るのがはるかに難しい惑星を検出するために設計されたさらに高度なコロナグラフを備えている。

同様の観測方法を使用して、ローマン氏は、現在星のまぶしさによって隠されている木星の真の対応物を含む、より近い軌道にある惑星を特定することができました。比較すると、エリアス 2-24 b は、その星から約 10 倍離れたところを周回しています。

この特別な感度は、天文学者が形成の初期段階でより多くの惑星を発見し、系外惑星科学における最大の観測ギャップの 1 つを埋めるのに役立つ可能性があります。

「これは発見の新たな時代の始まりにすぎません」とシエザ氏は語った。 「現代のテクノロジーのおかげで、惑星の形成が実際に行われている様子を実際に見ることができるというのは信じられないことです。ローマンは惑星探索を次のレベルに引き上げることになるでしょう。」