NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、象徴的な多惑星系 HR 8799 をこれまでで最も鮮明な赤外線画像で撮影しました。全体の画像は以下をご覧ください。
クレジット: NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer (JHU)、L. Pueyo (STScI)、M. Perrin (STScI)
クレジット: NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer (JHU)、L. Pueyo (STScI)、M. Perrin (STScI)
ガス惑星の形成方法としてコア集積とディスク不安定性の二つある 以下、機械翻訳。
NASAのウェッブが若い巨大な太陽系外惑星を撮影し、二酸化炭素を検出
2025年3月17日
NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、象徴的な惑星系内の複数の巨大ガス惑星の直接画像を撮影しました。130 光年離れた若い系である HR 8799 は、長い間、惑星形成研究の重要なターゲットでした。
観測結果から、HR 8799 のよく研究されている惑星には二酸化炭素ガスが豊富に含まれていることがわかった。これは、この系の 4 つの巨大惑星が、木星や土星とよく似て、原始惑星系円盤内からガスを引き寄せる固体の核をゆっくりと形成することによって形成されたという強力な証拠である。このプロセスは核集積と呼ばれる。
この結果はまた、ウェッブが画像撮影を通じて太陽系外惑星の大気の化学組成を推測できることを裏付けています。この技術は、大気の組成を解析できるウェッブの強力な分光機器を補完するものです。
「これらの強い二酸化炭素の特徴を発見したことで、これらの惑星の大気には炭素、酸素、鉄などの重い元素がかなりの割合で含まれていることが分かりました」と、ボルチモアのジョンズ・ホプキンス大学のウィリアム・バルマー氏は語った。「これらの惑星が周回する恒星についてわかっていることを考慮すると、これらの惑星は核集積によって形成された可能性が高いことを示しています。これは、私たちが直接見ることができる惑星としては興味深い結論です。」
バルマー氏は、本日『アストロフィジカル・ジャーナル』誌に掲載された研究結果の主執筆者である。バルマー氏と研究チームの分析には、ウェッブ氏による97光年離れたエリダニ座51番星の観測も含まれている。
画像 A: HR 8799 (NIRCam 画像)
この画像は惑星系 HR 8799 を示しています。背景は黒です。中央には HR 8799 というラベルの付いた星を表すシンボルがあります。星の光は遮られています。星の周囲にはぼんやりとした点のように見える太陽系外惑星が 4 つ描かれています。星から最も遠いのは、10 時の位置に b というラベルの付いたぼやけた淡い青い点です。1 時の位置には、星から 2 番目に遠いのは、c というラベルの付いた青みがかった白いぼやけた点です。そのすぐ下には e というラベルの付いたオレンジ色の点があります。4 時の位置には、星のさらに近くに、d というラベルの付いたぼやけた白い点があります。
NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、象徴的な多惑星系 HR 8799 の赤外線画像をこれまでで最も鮮明に提供しました。この恒星に最も近い惑星 HR 8799 e は、恒星から 15 億マイルの距離を周回しており、太陽系では土星と海王星の軌道の間に位置します。最も遠い惑星 HR 8799 b は、恒星から約 63 億マイルの距離を周回しており、これは海王星の軌道距離の 2 倍以上です。ウェッブの NIRCam (近赤外線カメラ) のフィルターに色が適用され、フィルターの本質的な違いが明らかになっています。星のシンボルは、コロナグラフによって光が遮られている主星 HR 8799 の位置を示しています。この画像では、青色は 4.1 ミクロンの光、緑色は 4.3 ミクロンの光、赤色は 4.6 ミクロンの光に割り当てられています。
NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer (JHU)、L. Pueyo (STScI)、M. Perrin (STScI)
画像 B: エリダニ座 51 番星 (NIRCam 画像)
この画像は太陽系外惑星 51 Eri b を示しています。画像の大部分は黒で、画像の中央部分にはかすかな赤い点が残っています。画像の中央には、51 Eri というラベルの付いた星を表すシンボルがあります。この星は、主星からの光を遮っています。円の左側には、b というラベルの付いた太陽系外惑星であるぼんやりとした明るい赤い円があります。
ウェッブの NIRCam (近赤外線カメラ) が、51 エリダニ b (51 Eri b とも呼ばれる) のこの画像を撮影しました。これは、太陽系の土星の軌道に似た、恒星から 8 億 9000 万マイル離れた低温の若い太陽系外惑星です。51 エリダニ システムは、地球から 97 光年離れています。この画像には、4.1 ミクロンの光を赤で表すフィルターが含まれています。この画像の背景の赤は、他の惑星からの光ではなく、画像処理中に光が減算された結果です。
NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer (JHU)、L. Pueyo (STScI)、M. Perrin (STScI)
HR 8799 は、太陽系の 46 億年のうちほんの一部に過ぎない、約 3,000 万歳の若い系です。激しい形成過程を経てまだ熱い HR 8799 内の惑星は、大量の赤外線を放射しており、科学者に惑星の形成過程に関する貴重なデータを提供します。
巨大惑星は、2 つの方法で形成されます。1 つは、太陽系の巨大惑星のように、ガスを引き寄せる重い元素を含む固体の核をゆっくりと形成する方法、もう 1 つは、若い恒星の冷却ディスク (主に恒星と同じ種類の物質でできています) からガス粒子が急速に凝集して巨大な物体になる方法です。最初のプロセスはコア集積と呼ばれ、2 つ目はディスク不安定性と呼ばれます。どちらの形成モデルがより一般的であるかを知ることで、科学者は他のシステムで発見される惑星の種類を区別する手がかりを得ることができます。
「この種の研究で私たちが望んでいるのは、他の太陽系外惑星系と比較して、私たちの太陽系、生命、そして私たち自身を理解し、私たちの存在を文脈化できるようにすることです」とバルマー氏は語った。「私たちは他の太陽系の写真を撮り、私たちの太陽系と比較して、それらがどのように似ているか、または異なるかを確認したいと考えています。そこから、私たちの太陽系が実際にはどれほど奇妙であるか、またはどれほど正常であるかを感じ取ろうとすることができます。」
画像 C: 若いガス巨星 HR 8799 e (NIRCam スペクトル)
「太陽系外惑星 HR 8799 e: 巨大ガス惑星の二酸化炭素」というタイトルの図には、誤差範囲の付いた 3 つのデータ ポイントと、低金属含有量および高金属含有量の最適モデルが、y 軸の惑星からの光量と x 軸の光の波長 (ミクロン単位) のグラフ上に示されています。y 軸は、下部で光が少なく、上部で光が多くなります。x 軸は 3.6 ～ 5.0 ミクロンです。Webb NIRCam データは、赤でプロットされた 3 つのポイントで構成され、各ポイントの上下に白い誤差範囲があります。最適モデルは、いくつかの幅広い山と谷があるギザギザの青と黄色の線です。2 つの特徴は、垂直の列でラベル付けされています。4.3 ミクロンから約 4.4 ミクロンまでは、緑の列に二酸化炭素 CO2 のラベルが付けられています。約 4.4 ミクロンから約 4.8 ミクロンまでは、赤い列に一酸化炭素 CO2 のラベルが付けられています。
このグラフは、HR 8799 系の惑星の 1 つである HR 8799 e のスペクトルを示しています。Webb の NIRCam (近赤外線カメラ) によって収集されたデータには、二酸化炭素と一酸化炭素のスペクトル指紋が現れています。
NASA、ESA、CSA、STScI、J. Olmsted (STScI)
発見された太陽系外惑星は約 6,000 個あるが、巨大惑星でさえその恒星よりも何千倍も暗いため、直接画像化されたものはほとんどない。HR 8799 と 51 Eridani の画像は、明るい恒星からの光を遮断して隠れた世界を明らかにする Webb の NIRCam (近赤外線カメラ) コロナグラフによって可能になった。
この技術により、研究チームは、特定のガスに吸収される波長の惑星から放射される赤外線を探すことができました。研究チームは、HR 8799 の 4 つの惑星には、これまで考えられていたよりも多くの重元素が含まれていることを発見しました。
研究チームは、他の恒星を周回する物体が本当に巨大惑星なのか、それとも恒星のように形成されるものの核融合を起こすほどの質量を蓄積しない褐色矮星のような物体なのかを判断するため、より詳細な観測への道を切り開いている。
「このボトムアップ方式で HR 8799 の 4 つの惑星が形成されていることを示唆する他の証拠もあります」と、この研究の共同リーダーであるボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者ローラン・プエヨ氏は言う。「直接撮影できる惑星では、これはどの程度一般的なのでしょうか。まだ分かりませんが、その疑問に答えるために、ウェッブ観測をさらに行うことを提案しています。」
「ウェッブ望遠鏡が直接撮像システムで外惑星の色を測定できることはわかっていました」と、STScIのラッセル・B・マキドン光学研究所所長で、ウェッブ・コロナグラフ運用の元リーダーであるレミ・ソマー氏は付け加えた。「望遠鏡の微調整された運用によって内惑星にもアクセスできることを確認するために、10年間待ちました。今、結果が出ており、これを使って興味深い科学研究を行うことができます。」
HR 8799 と 51 Eridani の NIRCam 観測は、それぞれ保証時間観測プログラム1194と1412の一部として実施されました。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界最高の宇宙科学観測所です。ウェッブ望遠鏡は、太陽系の謎を解き明かし、他の星々の周りの遠くの世界を観察し、宇宙の神秘的な構造と起源、そして宇宙における私たちの位置を探ります。ウェッブ望遠鏡は、NASA がパートナーである ESA (欧州宇宙機関) とカナダ宇宙庁とともに主導する国際プログラムです。
NASAのウェッブが若い巨大な太陽系外惑星を撮影し、二酸化炭素を検出
2025年3月17日
NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、象徴的な惑星系内の複数の巨大ガス惑星の直接画像を撮影しました。130 光年離れた若い系である HR 8799 は、長い間、惑星形成研究の重要なターゲットでした。
観測結果から、HR 8799 のよく研究されている惑星には二酸化炭素ガスが豊富に含まれていることがわかった。これは、この系の 4 つの巨大惑星が、木星や土星とよく似て、原始惑星系円盤内からガスを引き寄せる固体の核をゆっくりと形成することによって形成されたという強力な証拠である。このプロセスは核集積と呼ばれる。
この結果はまた、ウェッブが画像撮影を通じて太陽系外惑星の大気の化学組成を推測できることを裏付けています。この技術は、大気の組成を解析できるウェッブの強力な分光機器を補完するものです。
「これらの強い二酸化炭素の特徴を発見したことで、これらの惑星の大気には炭素、酸素、鉄などの重い元素がかなりの割合で含まれていることが分かりました」と、ボルチモアのジョンズ・ホプキンス大学のウィリアム・バルマー氏は語った。「これらの惑星が周回する恒星についてわかっていることを考慮すると、これらの惑星は核集積によって形成された可能性が高いことを示しています。これは、私たちが直接見ることができる惑星としては興味深い結論です。」
バルマー氏は、本日『アストロフィジカル・ジャーナル』誌に掲載された研究結果の主執筆者である。バルマー氏と研究チームの分析には、ウェッブ氏による97光年離れたエリダニ座51番星の観測も含まれている。
画像 A: HR 8799 (NIRCam 画像)
この画像は惑星系 HR 8799 を示しています。背景は黒です。中央には HR 8799 というラベルの付いた星を表すシンボルがあります。星の光は遮られています。星の周囲にはぼんやりとした点のように見える太陽系外惑星が 4 つ描かれています。星から最も遠いのは、10 時の位置に b というラベルの付いたぼやけた淡い青い点です。1 時の位置には、星から 2 番目に遠いのは、c というラベルの付いた青みがかった白いぼやけた点です。そのすぐ下には e というラベルの付いたオレンジ色の点があります。4 時の位置には、星のさらに近くに、d というラベルの付いたぼやけた白い点があります。
NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、象徴的な多惑星系 HR 8799 の赤外線画像をこれまでで最も鮮明に提供しました。この恒星に最も近い惑星 HR 8799 e は、恒星から 15 億マイルの距離を周回しており、太陽系では土星と海王星の軌道の間に位置します。最も遠い惑星 HR 8799 b は、恒星から約 63 億マイルの距離を周回しており、これは海王星の軌道距離の 2 倍以上です。ウェッブの NIRCam (近赤外線カメラ) のフィルターに色が適用され、フィルターの本質的な違いが明らかになっています。星のシンボルは、コロナグラフによって光が遮られている主星 HR 8799 の位置を示しています。この画像では、青色は 4.1 ミクロンの光、緑色は 4.3 ミクロンの光、赤色は 4.6 ミクロンの光に割り当てられています。
NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer (JHU)、L. Pueyo (STScI)、M. Perrin (STScI)
画像 B: エリダニ座 51 番星 (NIRCam 画像)
この画像は太陽系外惑星 51 Eri b を示しています。画像の大部分は黒で、画像の中央部分にはかすかな赤い点が残っています。画像の中央には、51 Eri というラベルの付いた星を表すシンボルがあります。この星は、主星からの光を遮っています。円の左側には、b というラベルの付いた太陽系外惑星であるぼんやりとした明るい赤い円があります。
ウェッブの NIRCam (近赤外線カメラ) が、51 エリダニ b (51 Eri b とも呼ばれる) のこの画像を撮影しました。これは、太陽系の土星の軌道に似た、恒星から 8 億 9000 万マイル離れた低温の若い太陽系外惑星です。51 エリダニ システムは、地球から 97 光年離れています。この画像には、4.1 ミクロンの光を赤で表すフィルターが含まれています。この画像の背景の赤は、他の惑星からの光ではなく、画像処理中に光が減算された結果です。
NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer (JHU)、L. Pueyo (STScI)、M. Perrin (STScI)
HR 8799 は、太陽系の 46 億年のうちほんの一部に過ぎない、約 3,000 万歳の若い系です。激しい形成過程を経てまだ熱い HR 8799 内の惑星は、大量の赤外線を放射しており、科学者に惑星の形成過程に関する貴重なデータを提供します。
巨大惑星は、2 つの方法で形成されます。1 つは、太陽系の巨大惑星のように、ガスを引き寄せる重い元素を含む固体の核をゆっくりと形成する方法、もう 1 つは、若い恒星の冷却ディスク (主に恒星と同じ種類の物質でできています) からガス粒子が急速に凝集して巨大な物体になる方法です。最初のプロセスはコア集積と呼ばれ、2 つ目はディスク不安定性と呼ばれます。どちらの形成モデルがより一般的であるかを知ることで、科学者は他のシステムで発見される惑星の種類を区別する手がかりを得ることができます。
「この種の研究で私たちが望んでいるのは、他の太陽系外惑星系と比較して、私たちの太陽系、生命、そして私たち自身を理解し、私たちの存在を文脈化できるようにすることです」とバルマー氏は語った。「私たちは他の太陽系の写真を撮り、私たちの太陽系と比較して、それらがどのように似ているか、または異なるかを確認したいと考えています。そこから、私たちの太陽系が実際にはどれほど奇妙であるか、またはどれほど正常であるかを感じ取ろうとすることができます。」
画像 C: 若いガス巨星 HR 8799 e (NIRCam スペクトル)
「太陽系外惑星 HR 8799 e: 巨大ガス惑星の二酸化炭素」というタイトルの図には、誤差範囲の付いた 3 つのデータ ポイントと、低金属含有量および高金属含有量の最適モデルが、y 軸の惑星からの光量と x 軸の光の波長 (ミクロン単位) のグラフ上に示されています。y 軸は、下部で光が少なく、上部で光が多くなります。x 軸は 3.6 ～ 5.0 ミクロンです。Webb NIRCam データは、赤でプロットされた 3 つのポイントで構成され、各ポイントの上下に白い誤差範囲があります。最適モデルは、いくつかの幅広い山と谷があるギザギザの青と黄色の線です。2 つの特徴は、垂直の列でラベル付けされています。4.3 ミクロンから約 4.4 ミクロンまでは、緑の列に二酸化炭素 CO2 のラベルが付けられています。約 4.4 ミクロンから約 4.8 ミクロンまでは、赤い列に一酸化炭素 CO2 のラベルが付けられています。
このグラフは、HR 8799 系の惑星の 1 つである HR 8799 e のスペクトルを示しています。Webb の NIRCam (近赤外線カメラ) によって収集されたデータには、二酸化炭素と一酸化炭素のスペクトル指紋が現れています。
NASA、ESA、CSA、STScI、J. Olmsted (STScI)
発見された太陽系外惑星は約 6,000 個あるが、巨大惑星でさえその恒星よりも何千倍も暗いため、直接画像化されたものはほとんどない。HR 8799 と 51 Eridani の画像は、明るい恒星からの光を遮断して隠れた世界を明らかにする Webb の NIRCam (近赤外線カメラ) コロナグラフによって可能になった。
この技術により、研究チームは、特定のガスに吸収される波長の惑星から放射される赤外線を探すことができました。研究チームは、HR 8799 の 4 つの惑星には、これまで考えられていたよりも多くの重元素が含まれていることを発見しました。
研究チームは、他の恒星を周回する物体が本当に巨大惑星なのか、それとも恒星のように形成されるものの核融合を起こすほどの質量を蓄積しない褐色矮星のような物体なのかを判断するため、より詳細な観測への道を切り開いている。
「このボトムアップ方式で HR 8799 の 4 つの惑星が形成されていることを示唆する他の証拠もあります」と、この研究の共同リーダーであるボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者ローラン・プエヨ氏は言う。「直接撮影できる惑星では、これはどの程度一般的なのでしょうか。まだ分かりませんが、その疑問に答えるために、ウェッブ観測をさらに行うことを提案しています。」
「ウェッブ望遠鏡が直接撮像システムで外惑星の色を測定できることはわかっていました」と、STScIのラッセル・B・マキドン光学研究所所長で、ウェッブ・コロナグラフ運用の元リーダーであるレミ・ソマー氏は付け加えた。「望遠鏡の微調整された運用によって内惑星にもアクセスできることを確認するために、10年間待ちました。今、結果が出ており、これを使って興味深い科学研究を行うことができます。」
HR 8799 と 51 Eridani の NIRCam 観測は、それぞれ保証時間観測プログラム1194と1412の一部として実施されました。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界最高の宇宙科学観測所です。ウェッブ望遠鏡は、太陽系の謎を解き明かし、他の星々の周りの遠くの世界を観察し、宇宙の神秘的な構造と起源、そして宇宙における私たちの位置を探ります。ウェッブ望遠鏡は、NASA がパートナーである ESA (欧州宇宙機関) とカナダ宇宙庁とともに主導する国際プログラムです。
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