「失敗した星」とは異なる形の遠方の巨大惑星

系外惑星の直接撮影も木星質量まで進化してきているんだ。しかも公転軌道から中心恒星と同時形成か原始惑星系円盤内で微惑星が集積合体して形成されたのか区別できるとは。単純に木星質量の13倍で惑星と褐色矮星の線引きしてたら笑われる。危ない危ない。以下、機械翻訳。
「失敗した星」とは異なる形の遠方の巨大惑星
2020年2月10日投稿

低質量の褐色矮星GJ 504 Bのこの画像は、ボウラーと彼のチームがハワイのケック天文台でNIRC2カメラを使用して補償光学系を使用して撮影したものです。画像はホスト星からの光を除去するために処理されています（その星には「X」のマークが付いています）。コンパニオンは地球と太陽の距離の約40倍離れた位置にあり、軌道周期は約240年です。毎年このシステムや他のシステムに戻ることで、チームは仲間の軌道の一部をゆっくりと追跡してその形状を制約し、その形成と歴史に関する手がかりを提供することができます。
クレジット：Brendan Bowler（UT-Austin）/ WM Keck Observatory
ハワイ州マウナケア –テキサス大学オースティン校のブレンダンボウラー率いる天文学者チームは、巨大な太陽系外惑星と褐色矮星の形成過程を調査しました。核の融合が真の星のように輝きます。
ハワイの地上望遠鏡（WMケック天文台とマウナケアのスバル望遠鏡）で直接撮像を使用して、チームは27のシステムで星を周回するこれらのかすかな仲間の軌道を研究しました。これらのデータを軌道のモデリングと組み合わせることで、これらのシステムの褐色矮星は星のように形成されたが、ガス巨大惑星のように形成されたと判断することができました。
この研究は、The Astronomical Journalの最新号に掲載されています。
過去20年間で、技術の飛躍により、望遠鏡は親の星とはるかに暗い軌道を回る物体から光を分離することができました。1995年に、この新しい機能は、星を周回する褐色矮星の最初の直接画像を生成しました。別の星を周回する惑星の最初の直接画像は、2008年に続きました。
「過去20年にわたって、私たちは質量をどんどん跳ね返してきました」と、ボウラーはダイレクトイメージング機能について述べ、現在の制限は約1木星質量であると指摘しました。技術が向上するにつれて、「浮上した大きな疑問の1つは、「私たちが見つけている仲間の性質は何ですか？」」


ボウラーと彼のチームは、巨大な惑星と褐色矮星がホスト星を周回するのを辛抱強く見守ることで、軌道のごく一部しか監視されていないにもかかわらず、軌道形状を制約することができました。時間ベースラインが長いほど、可能な軌道の範囲は狭くなります。これらのプロットは、研究から得られた27のシステムのうち9つを示しています。クレジット：Brendan Bowler（UT-Austin）
天文学者によって定義された褐色惑星は、13〜75の木星の質量を持っています。それらは惑星と星の両方に共通の特徴を持ち、ボウラーと彼のチームは質問を解決したかった：惑星系の外縁にあるガス巨大惑星は惑星氷山の先端、または褐色矮星の低質量端か？過去の研究により、褐色矮星の軌道を回る星は低質量星のように形成される可能性が高いことが示されましたが、この形成メカニズムが生成できる最低質量の伴星は何であるかはあまり明確ではありませんでした。
「これを実現する1つの方法は、システムのダイナミクスを研究することです。軌道を調べることです」と、ボウラーは言いました。彼らの軌道は今日、彼らの進化の鍵を握る鍵を握っています。
ボックラーのチームは、ケック天文台の補償光学（AO）システムと近赤外線カメラ、ケックII望遠鏡の第2世代（NIRC2）機器、およびすばる望遠鏡を使用して、親の軌道を回る巨大惑星と褐色矮星の画像を撮影しました出演者。
それは長いプロセスです。彼らが研究したガス巨人と褐色矮星は、その親星から非常に離れているため、1軌道には数百年かかることがあります。わずかな割合の軌道を決定するために、「あなたは画像を撮影し、1年待ちます」とかすかな仲間が少し旅するように、ボウラーは言った。それから「別の画像を撮って、もう1年待つ」
この研究は、天文学者が地球の大気によって引き起こされる歪みを補正することを可能にするAO技術に依存していました。AO機器は過去30年間にわたって継続的に改善されているため、より多くの褐色矮星や巨大惑星が直接画像化されています。しかし、これらの発見のほとんどは過去10〜2年で行われたため、チームは各オブジェクトの全軌道の数パーセントに対応する画像しか持っていません。彼らは、27のシステムの新しい観測を、他の天文学者によって公開された、または望遠鏡のアーカイブで利用可能な以前の観測のすべてと組み合わせました。
この時点で、コンピューターモデリングが登場します。この論文の共著者は、軌道運動のケプラーの法則を使用して、測定された位置と一致する軌道の種類とそうでない軌道を特定する「軌道化」という軌道適合コードの作成を支援しました。
コードは、コンパニオンごとに可能な軌道のセットを生成します。それぞれの巨大な惑星または褐色矮星のわずかな動きは、可能な軌道の「雲」を形成します。雲が小さいほど、天文学者は仲間の真の軌道に近づいています。そして、より多くのデータポイント、つまり、軌道に沿った各オブジェクトのより直接的な画像により、軌道の形状が改善されます。


これら2つの曲線は、巨大惑星と褐色矮星の軌道形状の最終的な分布を示しています。軌道離心率は楕円の長さを決定します。0.0の値は円形軌道に対応し、1.0に近い高い値は扁平楕円になります。ホスト星から大きく離れた場所にある巨大ガス惑星は離心率が低いが、褐色矮星は連星系に似た広範囲の離心率を持っている。参考までに、太陽系の巨大惑星の離心率は0.1未満です。クレジット：Brendan Bowler（UT-Austin）
「惑星が1軌道を完成するまで数十年または数世紀待つのではなく、非常に正確な位置測定でデータのより短い時間のベースラインを補うことができます」と、スタンフォード大学のチームメンバーEric Nielsenは言いました。「オービタイズの一部！部分軌道に合うように特別に開発したOFTI [Orbits For The Impatient]により、最長期間の仲間でも軌道を見つけることができました。」
軌道の形状を見つけることが重要です。より多くの円軌道を持つオブジェクトは、おそらく惑星のように形成されます。つまり、ガスと塵の雲が崩壊して星を形成すると、その星の周りを回転するガスと塵の平らな円盤で形成された遠い仲間（および他の惑星）が形成されます。
一方、より長い軌道を持つものは、おそらく星のように形成されました。このシナリオでは、ガスと塵の塊が崩壊して星を形成していましたが、2つの塊に割れていました。その後、各塊は崩壊し、1つは星を形成し、もう1つはその星の周りを周回する褐色矮星です。これは、1つの実際の星と1つの「失敗した星」を含むものの、本質的にはバイナリ星系です。
「これらのコンパニオンは数百万歳ですが、彼らがどのように形成されたかの記憶は、現在のエキセントリック性にまだコード化されています」とニールセンは付け加えました。離心率は、オブジェクトの軌道がどの程度円形または細長いかの尺度です。
チームの27人の遠方の仲間の研究の結果は明白でした。
「パンチラインは、これらのオブジェクトを約15を超える木星質量のこの標準境界で分割すると、私たちが惑星と呼んでいたものは、実際に、他と比較して、人口としてより多くの円軌道を持つことを発見しました、 」ボウラーは言った。「そして、残りは連星のように見えます。」
この作業の将来には、これらの27個のオブジェクトの監視を継続することと、新しいオブジェクトを特定して調査を拡大することが含まれます。「現時点では、サンプルサイズはまだ控えめです。」彼のチームは、ガイア衛星を使用して、今後のジャイアントマゼラン望遠鏡（GMT）およびその他の施設でさらに高い感度のダイレクトイメージングを使用してフォローアップする追加の候補を探しています。UT-AustinはGMTコラボレーションの創設メンバーです。
ボウラーのチームの結果は、Gemini Planet Imagerを使用したGPIESダイレクトイメージング調査によって最近達成された同様の結論を補強し、統計特性に基づいて褐色矮星と巨大惑星の異なる形成チャネルの証拠を見つけました。
この作業は、NASA外惑星科学研究所が管理するNASAケックPIデータ賞によって支援されました。ケック天文台はカリフォルニア工科大学とカリフォルニア大学によって管理されています。

NIRC2について

近赤外線カメラ、第2世代（NIRC2）は、Keck II補償光学システムと組み合わせて動作し、近赤外線波長で非常に鮮明な画像を取得し、光波長でハッブル宇宙望遠鏡によって達成されるものと同等以上の空間解像度を実現します。NIRC2はおそらく、銀河の中心にある中央の巨大なブラックホールの最終的な証拠を提供することで最もよく知られています。天文学者はまた、NIRC2を使用して、太陽系の天体の表面の特徴をマッピングし、他の星を周回する惑星を検出し、遠方の銀河の詳細な形態を研究します。

適応光学について

WMケック天文台は、適応光学（AO）の分野で傑出したリーダーであり、地球の大気の乱流によって引き起こされる歪みを除去する画期的な技術です。ケック天文台は、自然ガイド星（NGS）とレーザーガイド星補償光学（LGS AO）の両方を天文学的に使用した先駆者であり、現在のシステムは、近赤外波長でハッブル宇宙望遠鏡よりも3倍から4倍鮮明な画像を提供します。AOは、恒星HR8799を周回する4つの巨大な惑星を撮像し、天の川銀河の中心にある巨大なブラックホールの質量を測定し、遠方の銀河で新しい超新星を発見し、その先祖である特定の星を特定しました。このテクノロジーのサポートは、ボブアンドレニーパーソンズ財団、Change Happens Foundation、ゴードン・アンド・ベティ・ムーア財団、マウント キューバ天文財団、NASA、NSF、およびWMケック財団。

WM KECK OBSERVATORYについて

WMケック天文台の望遠鏡は、地球上で最も科学的に生産的です。ハワイ島のマウナケア山頂にある2つの10メートルの光学/赤外線望遠鏡には、イメージャー、マルチオブジェクトスペクトログラフ、高解像度スペクトログラフ、インテグラルフィールドスペクトロメータ、世界をリードするレーザーガイドを含む一連の高度な機器が備わっていますスター補償光学システム。
ここに示されたデータの一部は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および米国航空宇宙局の間の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非営利組織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り可能になりました。
著者は、マウナケア山頂がハワイ先住民の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敬意を認識し、認めることを望んでいます。私たちはこの山からの観測を行う機会を持つことができて非常に幸運です。