JWSTからの新着情報：今まで見たことのない太陽系外惑星の大気

JWSTからの新着情報：今まで見たことのない太陽系外惑星の大気
2022年11月22日 ニュースリリース
ホーム > ニュース > JWSTが解き明かす、これまでにない太陽系外惑星大気
WASP-39 b の新しい観測により、惑星の大気中に存在する、これまでに見たことのない分子（二酸化硫黄）などが明らかになった。

Credit: Melissa Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
JWST とハッブル望遠鏡やスピッツァー望遠鏡などの宇宙望遠鏡は、これまでこの高温の惑星の大気の成分を個別に観測していましたが、今回の観測により、原子、分子、さらには活発な化学反応や雲の兆候など、あらゆる情報を得ることができました。
ハーバード＆スミソニアン天体物理学センターの天文学者であり、新しい結果に貢献した科学者の一人であるメルセデス・ロペス＝モラレス氏は、「データ中の多くの異なる分子からの信号が明瞭であることは驚くべきことです」と述べています。
「私たちは、これらの信号の多くを見ることができると予測していましたが、それでも、最初にデータを見たときは畏敬の念を覚えました」とロペス=モラレスは付け加えました。
この最新のデータは、太陽系外惑星の雲がどのように見えるかのヒントも与えてくれました。
この発見は、JWSTが他の星にある惑星である太陽系外惑星を幅広く調査できるようになることを意味しています。その中には、TRAPPIST-1系のような小さな岩石質の惑星の大気も含まれます。
「私たちはこの太陽系外惑星を複数の観測装置で観測し、JWSTが到達するまでは不可能だった赤外線スペクトルの広い範囲と化学的指紋を提供しました」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の天文学者、ナタリー・バタラ氏は述べました。「これらのようなデータは、ゲームチェンジャーです。
一連の発見の詳細は、プレプリントサーバー「arXiv」で公開されている5本の新しい投稿科学論文に記載されています。前例のない発見として、親星からの高エネルギー光によって引き起こされる化学反応によって生成される二酸化硫黄が、太陽系外惑星の大気で初めて検出されたことが挙げられる。地球では、大気圏上層部にある保護的なオゾン層は、同様の方法で作られます。
NASAハッブル研究員で天体物理学センターの天文学者であり、二酸化硫黄発見チームの中心メンバーであるダイアナ・パウエルは、「二酸化硫黄の驚くべき検出により、ついに高温土星の気候が光化学によって形作られていることが確認されました」と話す。"地球の気候も光化学によって形成されているので、私たちの惑星は、以前知っていたよりも「高温の土星」と共通点が多いのです！"と述べています。
ハーバード大学の大学院生で天体物理学センターの研究者であるジー・アダムスは、二酸化硫黄のシグナルを確認したデータを分析しました。
「太陽系外惑星の大気を研究する初期の研究者として、このような検出に参加できることはとてもエキサイティングです」とアダムズは言います。「このデータを分析する過程は、まるで魔法のようでした。初期のデータでこの特徴のヒントを得ましたが、この高精度の装置によってSO2のサインが明確になり、パズルを解くのに役立ちました。"
推定温度摂氏871度、大気のほとんどが水素でできているWASP-39 bは、居住可能ではないと考えられています。この太陽系外惑星は、土星や木星と比較され、質量は土星に似ているが、全体の大きさは木星と同じくらいだとされてきた。しかし、今回の研究は、ハビタブルな惑星に潜在する生命の証拠を見つける道を示している。
この惑星は主星に近く、水星と太陽の8倍も近いため、主星からの放射線が太陽系外惑星に及ぼす影響を研究する実験室にもなる。星と惑星の関係をより深く理解することで、銀河系で観測される多様な惑星がどのようにして作られるのか、より深く理解できるようになるはずです。
JWSTが検出したその他の大気成分には、ナトリウム、カリウム、水蒸気があり、これまでの宇宙や地上の望遠鏡による観測を裏付けるとともに、これまで見られなかった長波長での水の特徴も発見されました。
また、JWSTは二酸化炭素をより高い分解能で観測し、これまでの観測報告の2倍のデータを提供しました。一方、一酸化炭素は検出されましたが、メタンと硫化水素の明らかな痕跡はデータから見つかりませんでした。これは、太陽系外惑星の形成と発展の過程をより深く理解するために、太陽系外惑星の化学組成を調べる研究者にとって重要な発見です。
WASP-39 b の大気をこれほど広範囲にとらえることは、科学的な力作でした。数百人の国際チームが、JWST の細かく調整された4つの観測モードのデータを独自に分析したからです。数百人の国際チームが、JWSTの4つの観測モードのデータを独自に解析し、その結果を詳細に相互比較した結果、さらに科学的なニュアンスのある結果が得られました。
JWSTは、人間の目には見えない赤色の光で宇宙を見るので、可視光では検出できない化学的な痕跡をとらえることができます。
NIRSpec、NIRCam、NIRISSの3つの観測装置の名前には、それぞれ赤外線の「IR」が付いています。
WASP-39 b の光を見るために、JWST は恒星の前を通過する惑星を追跡し、恒星の光の一部が惑星の大気を通して透過するようにしました。大気中の化学物質の種類によって、星の光のスペクトルの中で吸収する色が異なるため、吸収されなかった色から、どのような分子が存在するかを知ることができます。
JWSTの観測装置は、太陽系外惑星の大気を正確に解析することで、科学者の予想をはるかに超える成果をあげ、銀河系内のさまざまな太陽系外惑星を探索する新たな段階を約束しました。
ロペス=モラレス教授は、「小さな地球型惑星の大気から何が見つかるか楽しみです」と語っています。

天体物理学センターについて｜ハーバード＆スミソニアン
ハーバード＆スミソニアン天体物理学センターは、ハーバード大学とスミソニアンによる共同研究で、宇宙の本質に関する人類最大の未解決の問題に取り組み、最終的にその答えを導き出すことを目的としています。天体物理学センターはマサチューセッツ州ケンブリッジに本部を置き、米国内および世界各地に研究施設を有しています。