ウェッブはK2-18 bの大気中のメタンと二酸化炭素を発見します

ハイセアン惑星（hycean planet）（hydrogenとoceanによる造語）は、水素が豊富な大気を持ち、水に覆われた惑星。以下、機械翻訳。
ウェッブはK2-18 bの大気中のメタンと二酸化炭素を発見します
11/09/2023
ティッカー / 科学と探査 / 宇宙科学 / ウェッブ
NASA/ESA/CSA ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のデータを用いた天文学者の国際チームによる、地球の8.6倍の質量を持つ太陽系外惑星K2-18bの新たな調査により、メタンや二酸化炭素などの炭素含有分子の存在が明らかになりました。この発見は、K2-18bが水素に富む大気と水に覆われた海面を持つ可能性のあるハイセアン系外惑星である可能性があることを示唆する最近の研究に追加されます。


系外惑星 K2-18 b (イラスト)
このハビタブルゾーン系外惑星[1]の大気特性に関する最初の洞察は、NASA / ESAハッブル宇宙望遠鏡による観測から得られ、その後、システムの理解を変えるさらなる研究を促しました。カナダが提供したNIRISSとヨーロッパが提供したNIRSpec機器で、NASA/ESA/CSAジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載された新しい観測が行われました。

K2-18 bはハビタブルゾーンの冷たい矮星K2-18を周回し、しし座の地球から120光年離れたところにあります。K2-18 bのような太陽系外惑星は、地球と海王星の間の大きさで、太陽系のものとは異なります。この類似した近くの惑星の欠如は、これらの「サブネプチューン」が十分に理解されておらず、それらの大気の性質が天文学者の間で活発な議論の問題であることを意味します。海王星K2-18 bがハイセアン系外惑星である可能性があるという提案は、一部の天文学者がこれらの世界が太陽系外惑星での生命の証拠を探すための有望な環境であると信じているため、興味深いものです。

「私たちの発見は、他の場所での生活を探す際に多様な居住可能な環境を考慮することの重要性を強調しています」と、ケンブリッジ大学の天文学者であり、これらの結果を発表した論文の筆頭著者であるNikku Madhusudhanは説明しました。「伝統的に、太陽系外惑星での生命の探索は主に小さな岩石惑星に焦点を合わせてきましたが、より大きなハイセアンの世界は大気観測をはるかに助長します。」

メタンと二酸化炭素の豊富さ、およびアンモニアの不足は、K2-18 bの水素に富む大気の下に海があるかもしれないという仮説を支持している。これらの最初のウェッブ観測は、硫化ジメチル(DMS)と呼ばれる分子の検出の可能性も提供しました。地球上では、これは生命によってのみ生成されます。地球の大気中のDMSの大部分は、海洋環境の植物プランクトンから放出されます。

DMS の推論は堅牢性が低く、さらに検証が必要です。「今後のウェッブの観測により、DMSがK2-18 bの大気中に有意なレベルで実際に存在するかどうかを確認できるはずです」とMadhusudhan氏は説明しました。

K2-18 bはハビタブルゾーンにあり、現在では炭素含有分子を保有していることが知られているが、これは必ずしも地球が生命を維持できることを意味するものではない。地球の半径の2.6倍の半径を持つ惑星のサイズは、惑星の内部に海王星のような高圧氷の大きなマントルが含まれている可能性が高いことを意味しますが、水素が豊富な大気と海面はより薄くなっています。ハイセアンの世界には水の海があると予測されています。ただし、海が熱すぎて居住できない、または液体にならない可能性もあります。

「この種の惑星は私たちの太陽系には存在しませんが、サブネプチューンは銀河系でこれまでに知られている最も一般的なタイプの惑星です」とカーディフ大学のチームメンバーであるSubhajit Sarkarは説明しました。「私たちはこれまでで最も詳細なハビタブルゾーンのサブネプチューンのスペクトルを取得し、これにより大気中に存在する分子を解明することができました。」


系外惑星K2-18 bのスペクトル
K2-18 bのような太陽系外惑星の大気を特徴づけること、つまりそれらのガスと物理的条件を特定することは、天文学において非常に活発な分野です。しかし、これらの惑星は、文字通り、はるかに大きな親星のまぶしさによって輝いているため、太陽系外惑星の大気を探索することは特に困難です。

チームは、K2-18 bの親星が系外惑星の大気を通過する際の光を分析することで、この課題を回避しました。K2-18 bはトランジットする太陽系外惑星で、主星の顔を横切るときに明るさの低下を検出できることを意味します。これが太陽系外惑星が最初に発見された方法です。これは、トランジット中に、星の光のごく一部がウェッブのような望遠鏡に到達する前に太陽系外惑星の大気を通過することを意味します。星の光が太陽系外惑星の大気を通過すると、天文学者が太陽系外惑星の大気のガスを決定するためにつなぎ合わせることができる痕跡が残ります。

「この結果は、Webbの拡張された波長範囲と前例のない感度のおかげでのみ可能になりました。これにより、わずか2回のトランジットでスペクトルの特徴を確実に検出できました」とMadhusudhan氏は続けました。「比較のために、ウェッブによる1回のトランジット観測は、ハッブルによる8回の観測に匹敵する精度を提供し、数年間にわたって比較的狭い波長範囲で実施されました。」

「これらの結果は、K2-18 bのわずか<>回の観測の産物であり、さらに多くの観測が進行中です」とケンブリッジ大学のチームメンバーであるSavvas Constantinouは説明しました。「これは、ここでの私たちの仕事が、ウェッブがハビタブルゾーンの太陽系外惑星で観測できることの初期のデモンストレーションにすぎないことを意味します。」

チームは現在、望遠鏡の中赤外線装置(MIRI)分光器を使用して追跡調査を行う予定であり、調査結果をさらに検証し、K2-18bの環境条件に関する新しい洞察を提供することを望んでいます。

「私たちの究極の目標は、居住可能な太陽系外惑星での生命の特定であり、それは宇宙における私たちの場所の理解を変えるでしょう」とMadhusudhanは結論付けました。「私たちの発見は、この探求におけるハイセアンの世界をより深く理解するための有望なステップです。」

チームの結果は、アストロフィジカルジャーナルレターズに掲載するために受け入れられます。

注
[1] ハビタブルゾーンは、星の周りの領域であり、その領域内の惑星で生命を維持するのに適した条件、たとえば、その表面に液体の水が存在することを可能にする可能性があります。

詳細情報
ウェッブは、これまでに宇宙に打ち上げられた中で最大かつ最も強力な望遠鏡です。国際協力協定の下で、ESAはアリアン5ロケットを使用して望遠鏡の打ち上げサービスを提供しました。ESAはパートナーと協力して、ウェッブミッションのためのアリアン5の適応の開発と認定、およびアリアンスペースによる打ち上げサービスの調達を担当しました。ESAはまた、主力分光器NIRSpecと、JPLおよびアリゾナ大学と提携して、国が資金提供する欧州機関のコンソーシアム(MIRI欧州コンソーシアム)によって設計および構築された中間赤外線機器MIRIの50%を提供しました。

ウェッブは、NASA、ESA、カナダ宇宙庁(CSA)の国際パートナーシップです。