ふくらんでいる惑星は大気を失い、スーパーアースになります

ふくらんでいる惑星は大気を失い、スーパーアースになります
2022年2月3日投稿

うみへび座の103光年離れた場所にあるミニネプチューンTOI560.01のイラスト。0.06 AUの距離でその星を周回する惑星は、そのふくらんでいる大気を失いつつあり、最終的にはスーパーアースに変わる可能性があります。
クレジット：WMケック天文台/アダムマカレンコ
発見は、「ミニネプチューン」における大気損失の最初の検出を表します
ハワイ州マウナケア–天文学者は、ふくらんでいる大気を失い、スーパーアースに変身している可能性が高い「ミニネプチューン」惑星の2つの異なるケースを特定しました。惑星の星からの放射はそれらの大気を取り除き、熱いガスを沸騰したお湯の鍋から蒸気のように逃がします。
「ほとんどの天文学者は、若くて小さなミニネプチューンは蒸発する雰囲気を持っているに違いないと思っていました」と、両方の研究の筆頭著者であり、カリフォルニア工科大学の大学院生であるMichaelZhangは述べています。「しかし、これまで誰もそうする過程でそれを捕まえたことはありませんでした。」
調査結果は、アストロノミカルジャーナルの2つの別々の論文に掲載されています。1つはハワイのマウナケアにあるWMケック天文台のデータに基づいており、もう1つの論文はNASAのハッブル宇宙望遠鏡からの観測に基づいています。一緒に、研究はこれらのようなエキゾチックな世界がどのように形成され進化するかについての絵を描くのを助けます。
ミニネプチューンは、太陽系外の星を周回する惑星である太陽系外惑星の一種です。これらの世界は、惑星海王星のより小さく、より密度の高いバージョンであり、厚いガスの毛布に囲まれた大きな岩のコアで構成されています。
新しい研究では、カリフォルニア工科大学が率いる天文学者のチームが、ケック天文台の近赤外線分光器（NIRSPEC）を使用して、103光年離れた場所にあるTOI560と呼ばれる恒星系の2つのミニネプチューン惑星の1つを研究しました。そして彼らはハッブルを使って、73光年離れた場所にあるHD63433を周回する2つのミニネプチューンを見ました。
彼らの結果は、大気ガスがTOI560の最も内側のミニネプチューンからTOI560.01と呼ばれ、HD63433の最も外側のミニネプチューンからHD63433と呼ばれることを示しています。


https://vimeo.com/673056764
うみへび座の103光年離れた場所にあるミニネプチューンTOI560.01の芸術的なアニメーション。天文学者は、ほとんどが岩だらけの惑星がその膨らんだ大気を失い、ガスが予期せずに星に向かって流れていることを発見しました。惑星は、0.06天文単位、つまりAU（天文単位は地球と太陽の間の距離）の距離で星を周回し、きちんとロックされています。つまり、片側が常に星に面しています。ガスをはぎ取っている星からの放射のために、大気は逃げています。科学者たちは、このプロセスにより、TOI 560.01のような惑星が、数億年後にスーパーアースと呼ばれる新しいクラスの惑星に変わる可能性があると述べています。クレジット：WMケック天文台/アダムマカレンコ
さらに、ケック天文台のデータは、驚くべきことに、TOI560.01周辺のガスが主に星に向かって逃げていることを示しました。
「ほとんどのモデルがガスが星から離れて流れるはずであると予測しているので、これは予想外でした」と、張の顧問であり研究の共著者である惑星科学のヘザー・ナットソン教授は言います。「これらの流出が実際にどのように機能するかについては、まだ学ぶことがたくさんあります。」

惑星のギャップの説明？
太陽のような星を周回する最初の太陽系外惑星が1990年代半ばに発見されて以来、他の何千もの太陽系外惑星が発見されています。これらの軌道の多くは星の近くにあり、小さくて岩だらけの軌道は通常、ミニネプチューンとスーパーアースの2つのグループに分類されます。スーパーアースは地球の1.6倍の大きさ（時には地球の1.75倍の大きさ）ですが、ミニネプチューンは地球の2倍から4倍の大きさです。これらの2つの惑星タイプの間のサイズの惑星はほとんど検出されていません。
このギャップの考えられる説明の1つは、ミニネプチューンがスーパーアースに変化していることです。ミニネプチューンは、水素とヘリウムでできた原始的な大気によって繭にされると理論づけられています。水素とヘリウムは、ガスの雲から生まれる中央の星の形成から残されます。ミニネプチューンが十分に小さく、その星に十分に近い場合、恒星のX線と紫外線は、何億年もの間、その原始的な大気を剥ぎ取ることができる、と科学者たちは理論づけています。これにより、半径がかなり小さい岩の多いスーパーアースが残り、理論的には、私たちの惑星を取り巻く大気と同様の比較的薄い大気を保持することができます。
「ギャップ内の惑星は、その半径を膨らませるのに十分な大気を持っているので、より多くの恒星の放射を遮り、それによって急速な質量損失を可能にします」と張は言います。「しかし、大気は十分に薄いので、すぐに失われます。これが、惑星が長い間ギャップにとどまらない理由です。」
天文学者によると、他のシナリオがギャップを説明する可能性があります。たとえば、小さな岩の惑星はそもそもガスのエンベロープを集めたことがないかもしれませんし、ミニネプチューンは水の世界であり、水素ガスに包まれていない可能性があります。大気圏外の2つのミニネプチューンのこの最新の発見は、ミニネプチューンが実際にスーパーアースに変わっているという理論を支持する最初の直接的な証拠を表しています。

日光の下での署名
天文学者は、ミニネプチューンが彼らのホスト星の前を横切るか、通過するのを見ることによって、逃げる大気を検出することができました。惑星は直接見ることはできませんが、地球上の私たちの視点から見たときに星の前を通過するとき、望遠鏡は惑星の大気中の原子による星の光の吸収を探すことができます。ミニネプチューンTOI560.01の場合、研究者たちはヘリウムの痕跡を発見しました。恒星系HD63433の場合、チームは、研究した最も外側の惑星であるHD 63433 cと呼ばれる水素の兆候を発見しましたが、内惑星であるHD 63433bでは発見しませんでした。
「内惑星はすでにその大気を失っているかもしれません」と張は説明します。
ガスの速度は、大気が逃げているという証拠を提供します。TOI 560.01の周りで観測されたヘリウムは、毎秒20キロメートルの速さで移動していますが、HD 63433 cの周りの水素は、毎秒50キロメートルの速さで移動しています。これらのミニネプチューンの重力は、そのような動きの速いガスを保持するのに十分なほど強くはありません。惑星の周りの流出の程度はまた、逃げる大気を示します：TOI 560.01の周りのガスの繭は、惑星の半径の少なくとも3.5倍の大きさであり、HD 63433cの周りの繭は少なくとも12倍の半径です。星。
TOI 560.01から失われたガスがホスト星に向かって流れていたという奇妙な発見については、他のミニネプチューンの将来の観測により、TOI 560.01が異常であるかどうか、または内向きに移動する大気の流出が多いかどうかが明らかになるはずです。一般。
「太陽系外惑星の科学者として、私たちは予期しないことを予期することを学びました」とKnutsonは言います。「これらのエキゾチックな世界は、私たちが太陽系で観察するものを超えた新しい物理学で常に私たちを驚かせています。」

関連リンク：
カリフォルニア工科大学のプレスリリース
宇宙望遠鏡科学研究所のプレスリリース
NIRSPECについて
近赤外分光器（NIRSPEC）は、高スペクトル分解能で広範囲の赤外波長にわたる物体のスペクトルをキャプチャする、独自の交差分散エシェル分光器です。Ian McLean教授が率いるチームによってUCLA赤外線研究所で構築されたこの機器は、クールな星の視線速度研究、星とその周辺の存在量測定、惑星科学、およびその他の多くの科学プログラムに使用されます。2番目のモードは、低いスペクトル分解能を提供しますが、高感度であり、遠方の銀河や非常にクールな低質量星の研究に人気があります。NIRSPECは、Keck IIの補償光学（AO）システムとともに使用して、AOの高い空間分解能とNIRSPECの高いスペクトル分解能のパワーを組み合わせることができます。このプロジェクトのサポートは、Heising-SimonsFoundationによって提供されました。

WMケック天文台について
WMケック天文台望遠鏡は、地球上で最も科学的に生産性の高い望遠鏡の1つです。ハワイ島のマウナケアにある2つの10メートル光学/赤外線望遠鏡は、イメージャ、マルチオブジェクト分光器、高解像度分光器、面分光計、世界をリードするレーザーガイド星補償光学システムなどの高度な機器のスイートを備えています。ここに示されているデータの一部は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および国立航空宇宙局の間で科学的パートナーシップとして運営されている民間の501（c）3非営利団体であるケック天文台で取得されました。天文台は、WMケック財団の寛大な財政的支援によって可能になりました。著者は、マウナケアの頂上がハワイ先住民コミュニティ内で常に持っていた非常に重要な文化的役割と畏敬の念を認識し、認めたいと考えています。この山からの観察をする機会があったことは、私たちにとって最も幸運なことです。