NASAのウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽系外の惑星の二酸化炭素の直接画像を初めて撮影した。
これらの画像は、地球から130光年離れた多惑星系HR 8799を捉えたものです。この発見は、地球上の光合成や炭素循環などのプロセスに不可欠な化合物の存在を明らかにしただけでなく、銀河系の他の場所に存在する巨大ガス惑星が、地球近傍の巨大ガス惑星である木星や土星と同様の方法で形成されたことを示唆しています。研究チームによるウェッブ画像の分析結果は、本日、アストロフィジカル・ジャーナル誌に掲載されました。
「これらの強い二酸化炭素の分布を発見したことで、これらの惑星の大気には炭素、酸素、鉄といった重い元素がかなりの割合で含まれていることが分かりました」と、ジョンズ・ホプキンス大学の天体物理学者で本研究の筆頭著者であるウィリアム・バルマー氏は大学の発表で述べた。「これらの惑星が周回する恒星に関する知見を考慮すると、これらの惑星はコア集積によって形成された可能性が高いと考えられます。」
HR 8799 系はおよそ3000万年前に誕生した太陽系であり、恐竜が絶滅した時代から現代までの中間期に始まったため、長い時間スケールで見ると実に幼稚な存在と言えるでしょう。（私たちの太陽系は約46億年前に誕生しました。）
HR 8799系の惑星は発達の初期段階にあるため、多くの赤外線を放射しているのが観測されています。これは、赤外線と近赤外線の波長で画像を撮影するウェッブ宇宙望遠鏡にとって最適な放射です。これらの放射を分析することで、科学者は惑星の形成過程を解明し、これらの遠方の惑星のその他の特徴を明らかにすることができます。
「この種の研究で私たちが望んでいるのは、私たちの太陽系、生命、そして私たち自身を他の太陽系外惑星系と比較して理解し、私たちの存在を文脈化できるようにすることです」とバルマー氏は発表の中で述べた。
「他の太陽系の写真を撮り、私たちの太陽系と比べてどのように似ているか、あるいは違うかを調べたいのです」と研究者たちは付け加えた。そこから、私たちの太陽系がどれほど奇妙なのか、あるいはどれほど普通のものなのかを理解しようとするのです。」
惑星科学者の知る限り、木星のような巨大惑星は、2つの方法のいずれかで形成される。固体の核が形成されて重力でガスを吸収するか、若い恒星の周りの冷却物質の円盤が急速に崩壊して惑星になるかのどちらかである。
研究チームは分析に基づき、HR 8799 の 4 つの惑星は下から形成されたと考えています。ウェッブの観測をさらに研究することで、世界構築におけるこのアプローチがどれほど一般的であるか、あるいはまれであるかが明らかになるかもしれません。
2022年、ウェッブ望遠鏡はWASP-39bと呼ばれる遠方の太陽系外惑星の大気中に二酸化炭素が存在するという明白な証拠を検出しました。しかし、この検出は間接的に行われたため、今回の成果は、ウェッブ望遠鏡が遠方の恒星系におけるガスを観測する能力を新たに証明するものです。
最近 HR 8799 で観測されたような巨大ガス惑星を詳しく調べることで、研究者たちは、それらの巨大惑星が私たちの周りの質量の小さい世界に、良い影響も悪い影響もどのように及ぼすのかについて、手がかりを得ることができるだろう。
チームの観測により、この恒星系の最も内側の惑星も初めて検出された。これはウェッブが見事に合格したもう一つの試験場である。数十億ドル規模のこの宇宙望遠鏡は、天体物理学者が精査するための膨大なデータを収集しており、私たちが目にする最も古い光の源を明らかにし、これまでは暗すぎて特定できなかった惑星の詳細を解き明かしている。
ウェッブ望遠鏡は、科学者が深宇宙を観測することで得られる天体物理学的発見に革命をもたらしています。この望遠鏡は少なくとも10年間、あるいはそれ以上の期間運用される予定です。惑星形成に関する新たな知見が今後何年にもわたって得られることを期待しましょう。
