太陽系外惑星の探索は、天文学において最も急速に発展している分野の一つです。過去数十年で5,000個以上の太陽系外惑星が発見されており、天文学者は現在、私たちの銀河系には平均して恒星1つにつき少なくとも1つの惑星が存在すると推定しています。
現在、多くの研究が生命の生存に適した地球型惑星の発見を目指しています。これらの研究は、太陽のようないわゆる「主系列」星に焦点を当てています。主系列星は、中心核で水素原子をヘリウムに融合させることでエネルギーを得て、数十億年にわたって安定した状態を保ちます。これまでに知られている太陽系外惑星の90%以上は、主系列星の周囲で発見されています。
国際天文学者チームの一員として、数十億年後の太陽によく似た姿をした恒星を研究した結果、その恒星には、本来であれば飲み込まれるはずだった惑星が存在することを発見しました。本日Nature誌に掲載された研究論文で、私たちはこの惑星の存在の謎を解き明かし、いくつかの解決策を提案しています。
未来を垣間見る：赤色巨星
人間と同じように、星も年齢とともに変化します。星の中心部の水素を使い果たすと、星の中心部は収縮し、外層は星が冷えるにつれて膨張します。
この「赤色巨星」の進化段階では、恒星は元の大きさの100倍以上に成長することがあります。太陽がこのような状態になると、約50億年後には水星、金星、そしておそらく地球を飲み込むほどの大きさに成長すると予想されています。
最終的に、中心核は恒星がヘリウムの核融合反応を始めるのに十分な熱を帯びます。この段階で恒星は元の大きさの約10倍に縮小し、数千万年にわたって安定した燃焼を続けます。
赤色巨星を周回する惑星は数百個知られています。そのうちの一つはこぐま座8番星bと呼ばれ、木星とほぼ同じ質量を持ち、地球と太陽の距離の約半分の軌道を周回しています。
この惑星は、2015年に韓国の天文学者チームによって「ドップラー効果」と呼ばれる手法を用いて発見されました。この手法は、惑星が恒星に及ぼす重力を測定します。2019年、国際天文学連合は、朝鮮半島で最も高い山にちなんで、恒星を「白頭山」、惑星を「漢拏山」と名付けました。
そこに存在すべきではない惑星
NASAのトランジット系外惑星探査衛星（TESS）宇宙望遠鏡が収集した白頭に関する新たなデータの分析により、驚くべき発見がもたらされました。これまで発見されてきた近距離軌道に太陽系外惑星を宿す他の赤色巨星とは異なり、白頭はすでに核内でヘリウムの核融合反応を開始しています。
恒星内部の波動を研究する星震学の技術を用いることで、恒星がどのような物質を燃焼しているかを特定することができます。白頭山の場合、波動の周波数は、恒星の中心部でヘリウムの燃焼が始まっていることを明確に示していました。
この発見は不可解だった。白頭山がヘリウムを燃焼しているなら、過去にはもっと巨大だったはずだ。漢拏山を飲み込むほど巨大だったはずだ。漢拏山はなぜ生き延びたのだろうか？
科学研究でよくあることだが、最初にとった行動は、最も些細な説明、つまり漢拏山は実際には存在しなかったという説明を排除することだった。
実際、ドップラーの揺れの技術を使って赤色巨星を周回する惑星が発見されたように見えたもののいくつかは、後に恒星自体の長期的な行動の変化によって作り出された錯覚であったことがわかった。
しかし、その後の観測により、漢拏山に関してはそのような偽陽性シナリオは否定されました。白頭山からのドップラー信号は過去13年間安定しており、他の指標の詳細な調査でも、この信号を説明する他の可能性は見つかりませんでした。漢拏山は実在します。つまり、どのようにして白頭山に飲み込まれたにもかかわらず生き延びたのかという疑問が再び浮上するのです。
二つの星が一つになる：あり得る生存シナリオ
惑星の存在を確認した後、私たちは白頭山と漢拏山の状況を説明できる2つのシナリオにたどり着きました。
私たちの銀河系にある恒星の少なくとも半分は、太陽のように単独で形成されたのではなく、連星系の一部です。もし白頭山がかつて連星系であったなら、漢拏山は太陽に飲み込まれる危険に直面することはなかったかもしれません。
これら二つの恒星の合体により、どちらの恒星も惑星ハルラを飲み込むほどの大きさまで膨張することができなかった可能性がある。もし片方の恒星が単独で赤色巨星になった場合、ハルラを飲み込んでいただろう。しかし、伴星と合体した場合、惑星に到達するほど大きくなることなく、すぐにヘリウム燃焼段階へと移行するだろう。
あるいは、ハルラは比較的新しい惑星である可能性もあります。2つの恒星の激しい衝突によってガスと塵の雲が生成され、そこから惑星が形成された可能性があります。つまり、ハルラは最近誕生した「第二世代」の惑星である可能性があります。
どちらの説明が正しいにせよ、ヘリウムを燃焼する赤色巨星を周回する近距離惑星の発見は、自然は私たちが最も予想しないような場所に太陽系外惑星を出現させる方法を見つけるということを証明している。
この記事はクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに基づきThe Conversationから転載されました。元の記事はこちらです。
