新しいカタログが、奇妙でエキゾチックな世界を含む多様な太陽系外惑星の景観を紹介

TESSによる光度変化検出が恒星の視線速度の変化で系外惑星として確認され質量も分かることからスーパーアースから土星並みまでけったいな系外惑星勢ぞろいです。以下、機械翻訳。
新しいカタログが、奇妙でエキゾチックな世界を含む多様な太陽系外惑星の景観を紹介
NASA TESS-Keck サーベイは、これまでで最大の TESS 惑星の統一分析です
2024年 5月23日
米国航空宇宙局 (NASA) のトランジット系外惑星サーベイ衛星 (TESS) がハワイのマウナケアにある W. M. ケック天文台と共同で発見した 126 個の確認済みおよび候補系外惑星を特集した、新しい堅牢なカタログが発表されました。

TESS-Keck サーベイのこの最新版では、カタログは数千の視線速度 (RV) 観測で構成されており、極端な環境の珍しい世界から生命を維持できる可能性のある世界まで、太陽系外のさまざまな惑星タイプが魅力的に混在していることがわかります。

この研究は、本日発行の The Astrophysical Journal Supplement に掲載されています。

「TESS-Keck サーベイから得られた結果は、TESS が発見した新しい惑星の物理的性質とシステム アーキテクチャを理解する上で最大の貢献となります」と、論文の主著者であるカンザス大学物理学および天文学の大学院生アレックス ポランスキーは述べています。「このようなカタログは、天文学者が個々の惑星を太陽系外惑星群の残りの部分と関連づけるのに役立ちます。」

ポランスキーと複数の機関の天文学者からなる世界的なチームは、カタログの作成に 3 年を費やしました。彼らは TESS の惑星データを取得し、9,204 個の RV 測定を分析しました。そのうち 4,943 個は、ケック天文台の惑星探索装置である高解像度エシェル分光計 (HIRES) を使用して 301 回の観測夜にわたって取得されました。

「TESS-Keck サーベイの結果は、基本的にケック天文台の HIRES によるドップラー分光法に依存しています。 「米国の科学界は、太陽系外惑星の研究にこの主力機器をほぼ 30 年間頼りにしてきました」と、論文の共著者であるカンザス大学物理学・天文学准教授のイアン・クロスフィールド氏は言います。

研究チームは、カリフォルニア州リック天文台にあるカリフォルニア大学天文台の自動惑星探査機を使用して、さらに 4,261 RV を取得しました。RV 測定を合計すると、確認された 120 個の惑星と候補となる 6 個の惑星の質量を計算することができました。

「RV 測定により、天文学者はこれらの太陽系外惑星系を検出し、その特性を知ることができます。恒星が定期的に前後に揺れているのを見ると、周回する惑星の存在を推測し、惑星の質量を測定できます」とクロスフィールド氏は言います。

この揺れはドップラー効果により波長の規則的な変化を生み出し、太陽系外惑星を見つけるために使用される手法の 1 つである RV 法によって検出されます。この現象は、太陽系外惑星が主星に及ぼす重力の影響を指し、惑星が主星の周りを公転するときに主星を引っ張ります。主星が望遠鏡に向かって移動すると、その可視光はわずかに青くなります。遠ざかると、光はわずかに赤くなります。これは音の挙動とよく似ています。消防車のサイレンは、近づいてくると高音になり、遠ざかるにつれて低音になります。

TESS-Keck サーベイでプロファイルされた惑星のうち、TOI-1824 b と TOI-1798 c の 2 つの惑星は、太陽系外惑星の分類に新たな洞察を与え、惑星の形成と進化の多様な方法についての天文学者の理解を深めるための試金石となる可能性のある、非常に特異な特徴を持つ世界の例として際立っています。

TOI-1824 b: 超高密度のサブネプチューン
TESS-Keck サーベイ カタログで最も高密度のサブネプチューンの一つであり、カリフォルニア大学サンタクルーズ校 (UC) の学部生サラ・ランゲによる別の TESS-Keck サーベイ論文の主題である TOI-1824 b は、そのサイズの惑星としては異常に高密度です。

「質量は地球の約 19 倍ですが、大きさは地球の 2.6 倍しかない TOI-1824 b は、太陽系外惑星としては異例です」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の大学院生で共著者のジョセフ・マーフィーは言います。「大きさが似た惑星の質量は通常、地球の約 6倍から 12倍です。」

TOI-1824 b が非常に巨大であるにもかかわらず、通常よりはるかに小さく見える理由の 1 つは、地球のような核が異常に薄い水素主体の大気に囲まれている可能性があるということです。もう 1 つの可能性は、この惑星が蒸気大気の下に水を豊富に含む核を持っていることです。

「この超高密度のサブネプチューンは、赤色矮星の周囲に存在するとされる、H2O 含有量の高い小さな惑星である水惑星の巨大ないとこである可能性があります」とマーフィーは言います。

赤色矮星、または M 型矮星は、天の川銀河で最も一般的な星のタイプです。M 型矮星は太陽よりも低温であるため、居住可能な世界の探索には理想的なターゲットになります。これにより、M 型矮星に近い軌道を回る惑星に液体の水が存在することが可能になり、これらのシステムの研究が容易になります。

TOI-1798 c: まれで極端なスーパーアース
TOI-1798 はオレンジ矮星、または K 型星で、2 つの惑星があります。TOI-1798 b はサブネプチューンの軌道で約 8 日、TOI-1798 c はスーパーアースで、主星に非常に近いため、1 日か 2 日で 1 周します。
12時間以内にこの惑星は一周します。この珍しい惑星系は、超短周期（USP）軌道を持つ内惑星を持つことが知られている数少ない恒星系の1つです。

「現在知られている惑星の大部分は、水星が太陽を周回するよりも速く恒星を周回しますが、USPはこれを極限まで進めています。TOI-1798 cは恒星を非常に速く周回するため、この惑星での1年は地球での半日未満です。主星に近いため、USPは超高温でもあり、地球が太陽から受ける放射線の3,000倍以上を受けます。この極限環境に存在するということは、この惑星が最初に形成した大気をおそらく失っていることを意味します」とポランスキーは言います。

TESS-Keck SurveyのMass Catalogにより、天文学者はTESSが検出した世界に関する最新の研究を探索するための新しいデータベースを手に入れました。これにより、環境の変数や条件をより詳細に研究する道が開かれ、特に私たちが知っているような生命が存在する可能性のある環境が研究される。

「TESS ミッションだけでも、未確認の惑星が何千個も残っているため、天文学者が現在見られる世界の多様性を把握しようと努力するにつれて、このような新しい惑星の大規模な発見はより一般的になるだろう」とクロスフィールド氏は言う。

関連論文
準巨星カタログ: 「TESS-Keck サーベイ XXI: 13の新しい惑星と 21の準巨星システムの均質な特性」https://arxiv.org/abs/2402.07893(アシュリー・チョントス他)

個々のシステム:
TOI-1347: 「TESS-Keck サーベイ。XII. 「密度の高い 1.8 R⊕ の超短周期惑星は、最初の 10億年後には高平均分子量の大気にしがみついている可能性がある」、天文学ジャーナル、2024年 3月 (Ryan Rubenzahl 他)
TOI-1386: 「TESS-Keck サーベイ。XIX。温暖なトランジット土星質量惑星と太陽類似体を周回するトランジット土星質量以外の惑星」、天文学ジャーナル、2024年 3月 (Michelle Hill 他)
TOI-1437: 「TESS-Keck サーベイ XXII。TOI-1437 を周回する海王星質量以下の惑星」(Daria Pidhorodetska 他)
TOI-1751: 「TESS-Keck サーベイ。XVIII。 「TOI-1751 系におけるサブネプチューンおよび疑似長周期信号」、The Astronomical Journal、2024 年 4 月 (Anmol Desai 他)
TOI-1824: 「TESS-Keck サーベイ。VII。TOI-1824 を周回する超高密度サブネプチューン」(Sarah Lange 他)
トップ写真: アーティストによる、NASA の新しい TESS-Keck サーベイ質量カタログに掲載されているさまざまな太陽系外惑星の描写。これは、これまでのどのサーベイでも公開された TESS 惑星の最大の均質分析です。クレジット: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko
HIRES について
高解像度エシェル分光計 (HIRES) は、非常に高いスペクトル分解能で単一のオブジェクトのスペクトルを生成しますが、広い波長範囲をカバーします。これは、3 つの大型 CCD 検出器のモザイク全体に積み重なったスペクトルの多数の「ストライプ」に光を分離することによって行われます。 HIRES は太陽系外惑星の発見で有名です。天文学者はまた、HIRES を使用して、遠方の銀河やクエーサーなどの重要な天体物理現象を研究し、ビッグバン直後の初期宇宙の構造に関する宇宙論的手がかりを見つけています。

W. M. ケック天文台について
W. M. ケック天文台の望遠鏡は、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山頂にある 2 つの 10 メートル光学/赤外線望遠鏡には、イメージング装置、多天体分光器、高解像度分光器、積分フィールド分光計、世界をリードするレーザーガイド星適応光学システムなど、一連の高度な機器が備わっています。ここで提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天文台、および米国航空宇宙局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 非営利団体であるケック天文台で取得されました。この天文台は、W. M. ケック財団の寛大な財政支援によって実現しました。著者らは、マウナケア山頂がハワイ先住民コミュニティ内で常に果たしてきた非常に重要な文化的役割と敬意を認識し、認めたいと考えています。この山から観測を行う機会を得られたことは、私たちにとって非常に幸運なことです。