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NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽系外の惑星の大気中の二酸化炭素の最初の明確な証拠を捉えました。700光年離れた太陽に似た恒星の周りを公転するガス巨大惑星のこの観測は、惑星の組成と形成に関する重要な洞察を提供する。この新知見は、ネイチャー誌に発表されることで、将来、ウェッブが小さな岩石惑星の薄い大気中の二酸化炭素を検出して測定できる可能性があるという証拠を提供している。
WASP-39 bは、木星の約4分の1(土星とほぼ同じ)の質量と木星の1.3倍の直径を持つ高温のガス巨人である。その極端なふくらみは、その高温(華氏約1,600度または摂氏900度)に部分的に関連しています。太陽系内のより涼しく、よりコンパクトな巨大ガス惑星とは異なり、WASP-39 bは恒星に非常に近い軌道を公転しており、太陽と水星の間の距離の約8分の1に過ぎず、地球の4日強で1つの回路を完成させる。2011年に報告されたこの惑星の発見は、惑星が恒星を通過するとき、または恒星の前を通過するときに、主星からの光の微妙で周期的な調光の地上ベースの検出に基づいて行われた。
NASAのハッブル宇宙望遠鏡やスピッツァー宇宙望遠鏡を含む他の望遠鏡からの以前の観測では、惑星の大気中に水蒸気、ナトリウム、カリウムが存在することが明らかになった。ウェッブの比類のない赤外線感度は、この惑星にも二酸化炭素の存在を確認しました。
ウェッブの近赤外分光器(NIRSpec)からの一連の光度曲線は、惑星が2022年7月10日に恒星を通過するにつれて、WASP-39星系からの3つの異なる波長(色)の光の明るさの変化を示しています。
クレジット: イラスト: NASA, ESA, CSA, および L. Hustak (STScI);科学:JWSTトランジット系外惑星コミュニティ早期放出科学チーム
フィルタリングされたスターライト
WASP-39 bのようなトランジット惑星は、その軌道を上からではなくエッジオンで観察しているため、研究者は惑星大気を探査する理想的な機会を得ることができます。
トランジット中、星の光の一部は惑星によって完全に覆い隠され(全体的な減光を引き起こし)、いくつかは惑星の大気を透過します。
異なるガスは異なる色の組み合わせを吸収するため、研究者は波長のスペクトルにわたって透過光の明るさの小さな違いを分析して、大気が何でできているかを正確に判断することができます。膨張した大気と頻繁なトランジットの組み合わせにより、WASP-39 bは透過分光法に理想的なターゲットです。
二酸化炭素の最初の明確な検出
研究チームは、WASP-39bの観測にウェッブの近赤外分光器(NIRSpec)を使用した。太陽系外惑星の大気のスペクトルの結果、4.1ミクロンから4.6ミクロンの間の小さな丘は、太陽系外の惑星でこれまでに検出された二酸化炭素の最初の明確で詳細な証拠を提示します。
「データが画面に表示されるとすぐに、なんと二酸化炭素の機能が私を掴みました」と、ジョンズホプキンス大学の大学院生であり、この調査を引き受けたJWSTトランジット系外惑星コミュニティ早期放出科学チームのメンバーであるZafar Rustamkulovは言いました。「太陽系外惑星科学の重要な敷居を越えた特別な瞬間でした。
系外惑星の透過スペクトルにおいて、これほど多くの個々の色の明るさの微妙な違いを、系外惑星透過スペクトルの3ミクロンから5.5ミクロンの範囲で測定した天文台はこれまでなかった。スペクトルのこの部分へのアクセスは、水やメタンなどのガスの豊富さ、および多くの異なるタイプの系外惑星に存在すると考えられている二酸化炭素を測定するために不可欠です。
「WASP-39 bで二酸化炭素のこのような明確なシグナルを検出することは、より小さな地球サイズの惑星の大気を検出するための良い前兆です」と、チームを率いるカリフォルニア大学サンタクルーズ校のナタリー・バターリャは語った。
惑星の大気の組成を理解することは、惑星の起源とそれがどのように進化したかについて何かを教えてくれるので重要です。「二酸化炭素分子は、惑星形成の物語の敏感なトレーサーです」と、この研究チームのもう一人のメンバーであるアリゾナ州立大学のマイク・ラインは語った。「この二酸化炭素の特徴を測定することで、このガス巨大惑星を形成するためにどれだけの固体とどのくらいのガス状物質が使用されたかを判断することができます。今後10年間で、JWSTはさまざまな惑星についてこの測定を行い、惑星がどのように形成されるかの詳細と私たち自身の太陽系の独自性についての洞察を提供します。
2022年7月10日、ウェッブの近赤外分光器(NIRSpec)によって捕獲された高温ガス巨大系外惑星WASP-39 bの透過スペクトルは、太陽系外の惑星における二酸化炭素の最初の明確な証拠を明らかにした。これはまた、3〜5.5ミクロンの波長をカバーするこれまでにキャプチャされた最初の詳細な系外惑星透過スペクトルです。
クレジット: イラスト: NASA, ESA, CSA, および L. Hustak (STScI);科学:JWSTトランジット系外惑星コミュニティ早期放出科学チーム
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