白色矮星の周りを公転する木星サイズの惑星が前例のない形で発見されたことは、惑星が親星の激動の断末魔を生き延びる可能性があることを示唆している。
地球ほどの大きさの、薄暗い晩期恒星の周りを、木星ほどの大きさの巨大な惑星が34時間周期で周回しているところを想像してみてください。それは奇妙な光景でしょう。小さくても密度の高い天体が、視覚的に不均衡な天体の配置を支配しているように見えるのです。木星の大赤斑の中に白色矮星が収まるかもしれないと想像してみてください。この恒星系がどれほど奇妙な姿をしているのか、お分かりいただけるでしょう。
本日発表された新たな研究によると、そのような系は実際に存在するという。カンザス大学の物理学・天文学助教授で、この研究の共著者であるイアン・クロスフィールド氏はメールで、「白色矮星を周回する惑星の明確な発見は初めてだ」と説明した。ネイチャー誌に掲載されたこの新たな研究は、ウィスコンシン大学マディソン校の天文学者アンドリュー・ヴァンダーバーグ氏が主導した。
2015年、ヴァンダーバーグ氏が率いるネイチャー誌の研究では、白色矮星によって引き裂かれつつある小さな惑星、あるいは小惑星の発見が記録されました。この新たな発見は、この惑星が大きく、凝集性が高く、かなり安定した軌道を周回しているという点で特異です。
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小学生たちは、太陽系の運命について学ぶと、しばしば恐怖に襲われます。数十億年後、太陽は燃料を使い果たし始め、巨大な赤色巨星へと膨張していきます。その過程で、地球を含むすべての内惑星は、膨張した死にゆく恒星に飲み込まれてしまいます。この段階が完了すると、赤色巨星は白色矮星へと収縮します。白色矮星は地球とほぼ同じ大きさですが、質量は現在の太陽の半分です。技術的にはまだ恒星ですが、この白色矮星は冷えていくにつれて熱と光を発し続けますが、核融合を行う能力は失われます。
宇宙の至る所で、似たような星々はこれまでも、そしてこれからも、このような運命を辿るでしょう。天文学者たちは、惑星、特に外惑星がこの極めて破壊的な過程を生き残れるかどうか確信が持てませんでしたが、今回の研究は、生き残れる可能性を示唆しています。この発見は、天文学者たちが他の白色矮星の周りで同様の天体を探索するきっかけとなるはずです。
WD 1856bと名付けられたこの白色矮星惑星を検出するために、天文学者たちは実績のあるトランジット法と、この惑星系の赤外線スキャンデータを用いた。NASAのTess宇宙望遠鏡を用いて、研究チームは1.4日ごとに白色矮星が暗くなる様子を記録した。この暗化は、地球から見ると恒星の前を惑星が通過している兆候である可能性がある。研究チームは、今年1月に退役するNASAのスピッツァー宇宙望遠鏡が収集した赤外線データを用いてこれを確認した。赤外線波長でこの惑星系を分析した結果、研究者たちは白色矮星の周りを周回する惑星が恒星ではなく、惑星であることを突き止めた。
「高温の恒星は赤外線を多く放射するはずですが、低温の惑星は赤外線の放射が少ないはずです」とクロスフィールド氏は述べた。「余分な赤外線は観測されなかったため、今回の発見が本物の惑星であることの確証を得ることができました。」
これらの観測結果を確認するために地上の望遠鏡もいくつか投入されたが、近くの星からのまぶしさでTESSのデータが曇っていたことを考えると、これは必要不可欠だった。
著者らは、WD 1856b が主星の赤色巨星への変化を生き延びたのは、2 つの天体間の距離が遠かったためだと推測している。
「もしこの惑星が今私たちが見ている場所で始まったとしたら、生き残ることはできなかったでしょう。主星からずっと遠くを周回していたはずです」とクロスフィールド氏は説明した。「その後、主星が白色矮星になった後、惑星は主星に近づいたはずです。」
研究者らが行ったシミュレーションは、このシナリオが妥当であることを示唆している。赤色巨星が内惑星を飲み込むにつれて、WD 1856bの軌道は不安定化し、強い楕円軌道を描き始めた。その結果、惑星は死にゆく親星に非常に近づきながらも、非常に遠ざかることになった。この軌道は宇宙の時間スケールの経過とともに縮小し、現在の狭い円軌道を周回するようになった。
「この星はおよそ60億年前に死んで白色矮星になったと考えられます。太陽、地球、そして太陽系がまだ形成されていなかったほどの昔です」とクロスフィールド氏は語った。
クロスフィールドに、死にゆく恒星が赤色巨星または白色矮星の段階で放浪惑星を捕獲した可能性について尋ねた。最近の研究では、かつて周回していた恒星から切り離され、天の川銀河を猛スピードで周回する数兆個の放浪惑星の存在が示唆されている。
「不可能ではないが、可能性が極めて高いわけでもない」と彼は答えた。「来年末に打ち上げられるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で惑星の大気の組成を測定すれば、確実にわかるかもしれない」
実際、WD 1856bはかなり安定した軌道を周回しており、地球から80光年と比較的近いため、今後数年間で科学者による研究が可能になるはずです。この惑星について現在わかっているのは、大きさ（木星とほぼ同じだが、それよりも大きい可能性もある）、公転周期（34時間）、そしておおよその温度（氷点下を大きく下回る）だけです。今後の観測によって「この惑星が何でできているのか、どのように形成されたのか、そしておそらく現在の私たちが見ている場所にどのように至ったのか、より詳しく知ることができるかもしれません」とクロスフィールド氏は述べています。
https://gizmodo.com/exploding-black-dwarfs-could-be-the-last-interesting-t-1844729036
興味深いことに、白色矮星はさらに別の変化を経て、さらに暗い褐色矮星となり、最終的には熱も光も放出しなくなる黒色矮星へと変化します。最近の研究によると、これらの黒色矮星のうち最大のものは最終的に超新星爆発を起こすとされていますが、それは今から何兆年も先のことです。
