ハッブル、水で大部分が構成される新しいタイプの惑星の発見に貢献

系外惑星の直径はケプラー宇宙望遠鏡の光度曲線の減光割合から、質量はトランジットタイミング変動法で分かった。
地球の様な生命体が居たらサメとイカが食物連鎖の王座を争っているか？制空権はトビウオとトビイカのどちらが握っているか？ワクワクします。以下、www.DeepL.com/Translator（無料版）で翻訳しました。
地球（左）と太陽系外惑星ケプラー138d（右）の断面を描いた想像図。地球と同じく金属と岩石からなる内部構造 (茶色部分) をもつが、ケプラー138 d には、惑星の深部に超臨界状態の液体の水、その上部に広がった水蒸気層 (青色部分) と、さまざまな形態の高圧水の層が厚く存在する。これらの水の層は、惑星の体積の50%以上、深さにして約2,000キロメートルを占めている。これに対し、地球にはごくわずかな液体の水しかなく、平均的な海の深さは4キロメートル未満である。
クレジット Benoit Gougeon (モントリオール大学)
ハッブル、水で大部分が構成される新しいタイプの惑星の発見に貢献
2022年12月15日
ESA / 科学と探査 / 宇宙科学
ハッブル宇宙望遠鏡は、惑星全体の大部分が水で構成されている「水の世界」と呼ばれる新しいタイプの惑星が存在する証拠を発見しました。218光年離れた惑星系で発見されたこれらの世界は、我々の太陽系のどの惑星とも異なっている。
モントリオール大学太陽系外惑星研究所（iREx）のキャロライン・ピアウレ（Caroline Piaulet）率いる研究チームは、ケプラー138と呼ばれる惑星系の詳細な研究結果を12月15日の『Nature Astronomy』誌に発表した。
モントリオール大学のBjörn Benneke教授の研究チームに所属するPiaulet教授は、NASA/ESAのハッブル宇宙望遠鏡とNASAのスピッツァー宇宙望遠鏡の両方で太陽系外惑星ケプラー138 cとケプラー138 dを観測し、太陽系外惑星が惑星型であることを発見しました。その結果、惑星の大部分が水で構成されている可能性があることを発見した。


ケプラー138惑星系の想像図
水は直接検出されませんでしたが、惑星の大きさや質量をモデルと比較した結果、惑星の体積のかなりの部分（最大で半分）が、木星のようなガス惑星で大部分を占める、岩石よりも軽く、水素やヘリウムよりも重い物質でできているはずだと結論付けました。最も一般的な候補物質は「水」です。
「私たちはこれまで、地球より少し大きな惑星は、地球の縮小版のような金属と岩石の大きな球体だと考えていました。「しかし、今回、ケプラー138cとdという2つの惑星は、性質がまったく異なり、全体の体積の大部分は水で構成されている可能性が高いことが明らかになったのです。これは、天文学者が長い間存在すると理論付けていたタイプの惑星である水の世界について、これまでで最高の証拠です。
地球の3倍以上の体積と2倍の質量を持つ惑星cとdは、地球よりもはるかに低い密度を持つ。これまで詳しく研究された地球よりわずかに大きい惑星のほとんどは、我々のような岩石質の世界であるように思えたので、これは驚くべきことだ。研究者によれば、最も近い比較対象は、太陽系外縁部にある氷の月で、その大部分は岩石の核を取り囲む水で構成されているそうだ。
「木星や土星の周りを回る水の豊富な衛星であるエウロパやエンケラドスを大きくして、恒星の近くに持ってきたと想像してください」とピアウレは説明した。「氷の表面の代わりに、大きな水蒸気の包囲を持つだろう。
"太陽系の氷の衛星の密度を持つ天体の確実な特定は、しかし、かなり大きく、より重いので、明らかに太陽系外惑星の大きな多様性を示しています。"と、フランスのグルノーブル・アルプ大学のチームメンバーのホセ-マヌエル・アルメナーラは付け加えました。「これは、様々な形成と進化過程の結果であると予想されます。
研究者達は、惑星の表面に地球のような海が直接存在しないかもしれないことに注意を促しています。"ケプラー138 d の大気中の温度は水の沸点以上である可能性が高く、この惑星には水蒸気でできた厚く濃い大気が存在すると予想されます。その水蒸気大気の下でのみ、高圧の液体の水、あるいは超臨界流体と呼ばれる高圧で発生する別の相の水が存在する可能性があります」とピアウレは語った。
NASA/ESA/CSAのジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡は、貴重な追跡調査も可能にします。チームのメンバーであるオーストリア科学アカデミーのダリア・クビシュキナ氏は、「『水の世界』ケプラー138 d を確実に特定した今、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、このエキゾチックな天体の大気組成を明らかにするカギとなります」と語ります。「この望遠鏡は、太陽系の氷の衛星と、より大きく重い太陽系外の衛星の組成を比較するための重要な情報を与えてくれるでしょう。
最近、モントリオール大学の別のチームが、液体の海に覆われている可能性のある惑星TOI-1452bを発見したが、これを確認するためにもウェッブが必要である。
2014年、NASAのケプラー宇宙望遠鏡のデータにより、天文学者は、琴座の赤色矮星であるケプラー138の周りを回る3つの惑星を発見したと発表した。これは、それぞれの惑星が恒星の前を一瞬通過する際に、星明かりが測定可能なほど傾いていたことに基づくものだ。
ベンネケ氏と同僚のニューメキシコ大学のダイアナ・ドラゴミール氏は、2014年から2016年にかけてハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡で惑星系を再観測し、惑星系の第3惑星であるケプラー138 dの通過をさらに捉えてその大気を研究することを思いつきました。
太陽系の氷の衛星と同程度の密度を持ちながら、より大きく、より質量のある天体の確実な同定は、太陽系外惑星の多様性を明確に示しており、その起源は様々であると予想される。

新たな太陽系外惑星が誕生

初期のケプラー宇宙望遠鏡の観測では、ケプラー138の周りに3つの小さな惑星が通過しているだけでしたが、ピオーレとそのチームは、ハッブルとスピッツァーの観測によって、この星系に4番目の惑星、ケプラー138 e が存在することが必要とされたことに驚きを隠せませんでした。
この新しく見つかった惑星は小さく、他の3つの惑星よりも恒星から遠く、1周するのに38日かかるという。この惑星は恒星のハビタブルゾーンにあり、冷たい恒星からちょうどよい熱量を受け、液体の水が存在できるほど熱すぎず冷たすぎない温帯の領域にある。
しかし、この惑星は恒星を通過しないため、その性質は未解決のままです。この惑星が通過する様子を観測すれば、その大きさがわかるはずです。
ケプラー138eが見つかったことで、これまで知られていた惑星の質量は、トランジットタイミング変動法という方法で再び測定されることになりました。
それは、これまで全く異なると考えられていた、2つの水の惑星ケプラー138 cとdが、大きさも質量もほぼ同じ「双子」惑星であることがわかったからです。一方、より近い位置にあるケプラー138 b は、火星質量の小さな惑星であることが確認され、これまで知られている太陽系外惑星の中で最も小さい惑星の一つであることが分かりました。
「今後、恒星から遠く離れた惑星を発見し、研究するための装置や技術が十分に高感度になれば、このような水の惑星がもっとたくさん見つかるようになるかもしれません」とベンネケ教授は結論付けています。

詳細情報
ハッブル宇宙望遠鏡は、ESA と NASA による国際協力プロジェクトです。

サイエンス誌へのリンク (PDF)

この研究に参加した天文学者の国際チームは、C. Piaulet (カナダ、モントリオール大学)、B. Benneke (カナダ、モントリオール大学)、J. M. Almenara (フランス、グルノーブルアルプ大学)、D. Dragomir (アメリカ、ニューメキシコ大学)、H. A. Knutson（カリフォルニア工科大学、アメリカ）、D. Thorngren（モントリオール大学、カナダ）、M. S. Peterson（モントリオール大学、カナダ）、I. J. M. Crossfield（カンザス大学、アメリカ）、E. M. -. R. Kempton（メリーランド大学、アメリカ）、D. Kubyshkina（オーストリア科学アカデミー、オーストリア）、A. W. Howard（カリフォルニア工科大学、アメリカ）、R. Angus（アメリカ自然史博物館、アメリカ）、H. Isaacson（カリフォルニア大学バークレー、アメリカ）、L. M. Weiss（ノートルダム大学、アメリカ）、C. A. Beichman（赤外線処理・解析センター、カルフォルニア工科大学、アメリカ）、J. J. Fortney（カリフォルニア大学、米国）、L. Fossati（オーストリア科学アカデミー、オーストリア）、H. Lammer（オーストリア科学アカデミー、オーストリア）、P. R. McCullough（ジョンズ・ホプキンス大学、米国、宇宙望遠鏡科学研究所）、C. V. Morley（テキサス大学、米国）および I. Wong（マサチューセッツ工科大学、米国、51 Pegasi b Fellow）。
画像提供：NASA、ESA、L. Hustak (STScI)