NASAのデータが一部の系外惑星が縮小している考えられる理由を明らかに

系外惑星の存在数において地球直径の1.5倍から2倍の間 (またはスーパーアースとサブ海王星の中間) にある惑星の「サイズギャップ」という顕著な検出の欠落が生じている。原因としては形成時の大気がコアからの加熱（放射線）により宇宙空間に逃げていく説です。主星からの恒星風よりも下からの加熱が有力に働くらしい。直径が地球の2倍を超えると重力で大気を逃がさない。以下、機械翻訳。
NASAのデータが一部の系外惑星が縮小している考えられる理由を明らかに
2023年11月15日
このアーティストのコンセプトは、海王星亜惑星 TOI-421 b がどのようなものであるかを示しています。
このアーティストのコンセプトは、海王星亜惑星 TOI-421 b がどのようなものかを示しています。 新しい研究で、科学者たちは、この種の惑星がどのようにして大気を失うかを示唆する新たな証拠を発見した。 クレジット: NASA、ESA、CSA、および D. Player (STScI)
新しい研究により、スーパーアースとサブ海王星の間にある「失われた」系外惑星が説明される可能性がある。

いくつかの系外惑星は大気を失い、縮小しているようです。 NASA の退役したケプラー宇宙望遠鏡を使用した新しい研究で、天文学者たちは考えられる原因の証拠を発見しました。それは、これらの惑星の核が大気を内側から外側に押しのけているということです。

系外惑星 (太陽系外の惑星) には、小さな岩石惑星から巨大なガス巨人まで、さまざまなサイズがあります。 中央には、岩石の多いスーパーアースと、ふくらんだ大気を持つより大きな亜海王星が横たわっています。 しかし、地球の 1.5 倍から 2 倍の間 (またはスーパーアースとサブ海王星の中間) にある惑星の「サイズギャップ」という顕著な欠落が存在しており、科学者たちはそれをよりよく理解するために取り組んでいます。
系外惑星の種類: 太陽系を超えた世界
Exoplanet Types: Worlds Beyond Our Solar System
このビデオでは、太陽系外の惑星である系外惑星の主な種類の違いについて説明します。 クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
「科学者らは現在、5,000個を超える系外惑星の検出を確認しているが、直径が地球の1.5倍から2倍の惑星は予想よりも少ない」とカリフォルニア工科大学/IPACの研究科学者、NASA系外惑星アーカイブの科学責任者でリーダーのジェシー・クリスチャンセン氏は述べた。 天文学ジャーナルに掲載された新しい研究の著者。 「系外惑星の科学者たちは現在、このギャップがまぐれではないと言えるほどのデータを持っています。 惑星がこの大きさに到達したり、この大きさに留まることを妨げる何かが起こっています。」

研究者らは、このギャップは、特定の海王星亜星が時間の経過とともに大気を失うことで説明できるのではないかと考えています。 この損失は、惑星が大気を維持するのに十分な質量、つまり重力を持たない場合に発生します。 したがって、十分な質量を持たない海王星以下の惑星は、スーパーアース程度の大きさまで縮小し、惑星の 2 つのサイズの間にギャップが残ることになります。

しかし、これらの惑星がどのようにして大気を失いつつあるのかは、依然として謎のままだ。 科学者たちは、可能性の高い 2 つのメカニズムに落ち着きました。1 つは炉心動力による質量損失と呼ばれるものです。 もう一つは光蒸着です。 この研究により、最初の仮説を裏付ける新たな証拠が明らかになりました。


このインフォグラフィックでは、系外惑星の主な種類について詳しく説明します。 科学者たちは、スーパーアースとサブ海王星の間に位置する惑星の「サイズギャップ」、つまり顕著な欠落について、より理解を深めるために取り組んできました。 クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
謎を解く
核による質量損失は、惑星の熱い核から放出される放射線が時間の経過とともに大気を惑星から遠ざけるときに発生し、「その放射線が下から大気を押している」とクリスチャンセン氏は述べた。

惑星のギャップに関するもう 1 つの有力な説明である光蒸発は、惑星の大気が主星の熱放射によって基本的に吹き飛ばされるときに起こります。 このシナリオでは、「星からの高エネルギー放射線は、氷の上のヘアドライヤーのように作用します」と彼女は言う。

光蒸発は惑星の誕生から最初の1億年の間に起こると考えられているが、核による質量減少はずっと後、惑星の誕生から10億年近く経ってから起こると考えられている。 しかし、どちらのメカニズムでも、「十分な質量がなければ、持ちこたえることができず、大気を失って縮んでしまう」とクリスチャンセン氏は付け加えた。

この研究では、チスティアンセン氏とその共著者らは、ケプラー宇宙望遠鏡の拡張ミッションである NASA の K2 からのデータを使用して、年齢 6 億年から 8 億年前の星団プレセペ星団とヒアデス星団を観察しました。 一般に惑星は主星と同じ年齢であると考えられているため、この系の亜海王星は光蒸発が起こる年齢を過ぎているが、核による質量損失を経験するほどの年齢ではない。

したがって、チームが、（他の星団の古い星と比較して）プレーセペとヒアデスに多くの亜海王星があることを確認した場合、光蒸発は起こらなかったと結論付けることができます。 その場合、核動力による質量損失が、時間の経過とともにそれほど質量の小さい海王星以下に何が起こるかを説明する可能性が最も高いでしょう。

研究者らは、プレセペとヒアデスを観察したところ、これらの星団内のほぼ100％の恒星が依然としてその軌道上に海王星の亜惑星または惑星候補を持っていることを発見した。 これらの惑星の大きさから判断すると、研究者らはそれらが大気を保持していると考えている。

これは、K2 によって観測された他の古い星 (8 億年以上前の星) とは異なります。その星のうち、周回する海王星未満の星は 25% だけです。 これらの星のより古い年齢は、核の動力による質量損失が起こると考えられている時間枠に近いです。

これらの観察から、チームは研究者らは、プレセペとヒアデスでは光蒸発は起こり得ないと結論づけた。 もしそうなっていれば、それは何億年も前に起こっていたはずで、これらの惑星には大気が残っていたとしても、ほとんど残っていなかったでしょう。 このため、これらの惑星の大気に何が起こるかについての主要な説明は、核による質量損失ということになります。

クリスチャンセンのチームは、研究に必要な惑星候補のカタログを作成するのに 5 年以上を費やしました。 しかし、研究は完了にはほど遠く、光蒸発や炉心動力による質量損失についての現在の理解が進化する可能性がある、と彼女は述べた。 この惑星間ギャップの謎が完全に解決されたと誰かが宣言できる前に、この発見は今後の研究によって試されることになるだろう。

この研究は、NASA 系外惑星アーカイブを使用して実施されました。NASA 系外惑星アーカイブは、南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所にある系外惑星探査プログラムの一環として、NASA との契約に基づいてパサデナのカリフォルニア工科大学によって運営されています。 JPL はカリフォルニア工科大学の一部門です。

ミッションの詳細
2018年10月30日、ケプラーは燃料がなくなり、9年間の任務を終えた。その間、ケプラーは他の恒星の周囲に確認されている2,600以上の惑星と、天文学者らが確認を進めている数千の追加候補惑星を発見した。

カリフォルニア州シリコンバレーにある NASA のエイムズ研究センターは、NASA 科学ミッション総局のケプラーおよび K2 ミッションを管理しています。 JPL はケプラーミッション開発を管理しました。 Ball Aerospace & Technologies Corporation は、ボルダーにあるコロラド大学の大気宇宙物理学研究所の支援を受けて飛行システムを運用しました。

ケプラーと K2 ミッションの詳細については、以下をご覧ください。
https://science.nasa.gov/mission/kepler