天文学者たちは、表面温度が華氏7,750度を超える木星のような超高温の太陽系外惑星で、分子の破壊と再生の奇妙なサイクルを記録した。
2017年に発見されたKELT-9bは、銀河系で最も高温の既知の太陽系外惑星という、いささか不名誉な称号を持っています。この超高温惑星は地球から670光年の距離に位置し、質量は木星の約2.8倍で、主星の自転周期はわずか1.5日です。
KELT-9bは潮汐固定されており、これは常に主星に面している面を持つことを意味します。これは、月の表側が常に地球を向いているのと似ています。天体物理学ジャーナル・レターズ誌に掲載された新たな研究では、KELT-9bの主星に面した面にある水素分子が、極度の熱によって崩壊していることを示す証拠が示されています。研究によると、崩壊した水素の破片は最終的に太陽系外惑星のより冷たい面へと運ばれ、そこで再形成されて再び熱い面へと流れ込み、このサイクルを繰り返すとのことです。
シカゴ大学の大学院生で、この新しい研究の主著者であるメーガン・マンスフィールド氏は、これらの観察結果は、これらの超高温の太陽系外惑星を説明しようとする最近の理論と一致すると述べた。
「最近の理論では、これらの高温惑星では水素の分解が起こると示唆されています。つまり、惑星の高温の昼側で水素分子が個々の原子に分解され、その後、より低温の夜側で再び水素分子に戻るということです」とマンスフィールド氏はギズモードへのメールで説明した。「しかし、これまで我々はKELT-9bよりも低温の惑星を観測してきたため、この効果が起こっている可能性はあったものの、それが本当に必要だったかどうかは観測から明らかではありませんでした。」
KELT-9b の場合、惑星は非常に高温であるため、この水素分子の破壊と再形成は科学者が観察した現象を最もよく説明するものであり、「私たちのモデルがこれらの超高温惑星に関する物理学の重要な部分を組み込んでいることを示唆しているため、非常に興味深い観察です」とマンスフィールド氏は述べた。
この新たな論文は、KELT-9bが銀河系内で最も高温の既知の太陽系外惑星であることも確認しています。この太陽系外惑星の昼側の温度は4,566ケルビン（摂氏4,293度、華氏7,759度）に達する一方、より低温の暗黒面は約2,556ケルビン（摂氏2,283度、華氏4,141度）です。
これらの温度をマッピングするために、マンスフィールド氏と同僚たちは、間もなく退役するNASAのスピッツァー宇宙望遠鏡を使用しました。スピッツァー宇宙望遠鏡は赤外線を用いて遠方の天体の微小な熱変動を検出します。スピッツァーのデータにより、チームはトランジット法（地球から見て遠方の太陽系外惑星が主星の前を通過する現象）で観測されたKELT-9bの温度プロファイルを作成することができました。
KELT-9bの複数回の観測により、惑星が視界に入ってくるにつれて、惑星の両側の温度が明らかになりました。興味深いことに、科学者たちは昼側と夜側の温度差が予想ほど大きくないことに気づき、これは両側の間で何らかの大気交換、つまり熱の流れが起こっていることを示唆しています。
太陽系外惑星の大気ガスと熱がどのように流れているかを理解するために、研究者たちはコンピュータモデルに着目しました。これにより、マンスフィールド氏とチームは様々な条件下での大気の挙動を観察することができました。最終的に、最も優れたモデルは、水素分子の分解と再形成、つまり科学者たちが「解離と再結合」と表現した現象に基づくものでした。
「このような超高温の天体で、これほど明確に熱輸送の増強が観測されたのは初めてです」とマンスフィールド氏は説明した。「これは、超高温木星がこれまで考えられていたものとは異なることを意味します。これまで、超高温木星はどれも熱輸送が比較的少ないと考えられていましたが、KELT-9bの観測結果は、超高温木星がこれまで考えられていたよりもはるかに多くの熱を輸送していることを示唆しています。」
この最新の研究は、似たような太陽系外惑星WASP 121bを彷彿とさせます。しかし、このホット・ジュピターは水素を分解する代わりに、水を分解しています。
https://gizmodo.com/this-exoplanet-is-so-hot-it-apparently-tears-apart-wat-1828263947
確かに、KELT-9b は極端な例だが、研究者たちは、このプロセスが他の場所、さらにはわずかに温度の低い太陽系外惑星でも起こっている可能性があると信じる理由がある。
「この種の惑星は温度が非常に極端で、他の多くの太陽系外惑星とは少し異なります」とマンスフィールド氏はNASAのプレスリリースで述べています。「他にも、これほど高温ではないものの、この効果が起こるのに十分な温度を持つホット・ジュピターやウルトラ・ホット・ジュピターが存在します。」
奇妙なことに、KELT-9bの最も高温の点は静止しているようには見えず、球体上でわずかに移動していました。研究者たちは論文の中で、なぜこのようなことが起こるのか完全には理解していないものの、「惑星の高度に電離した大気における磁気効果」が原因である可能性があると述べています。何が起こっているのかを完全に解明するには、今後の研究が必要となるでしょう。
この記事は、Megan Mansfield からのコメントを追加して更新されました。
