30光年離れた小さな赤色矮星を周回する巨大ガス惑星が、存在するはずのない存在として天文学者を困惑させている。これは木曜日にサイエンス誌に掲載された研究によるものだ。
惑星形成の標準モデルによれば、GJ 3512 bとして知られる天体は、本来誕生するはずがなかったはずです。なぜなら、GJ 3512のような低質量の恒星が巨大なガス惑星を宿すことはほぼ不可能と考えられているからです。若い恒星の周りを回転するガスと塵の塊である原始惑星円盤には、恒星が小さいうちは、巨大なガス惑星を形成するのに十分な物質が含まれていません。
しかし、GJ 3512 bは、私たちから30光年離れた宇宙空間に漂っています。この太陽系外惑星の質量は親星の270分の1です。木星の質量が太陽の1070分の1であることを考えると、これは奇妙なことです。つまり、GJ 3512 bは非常に巨大な惑星なのです。
現在の理論では、惑星は原始惑星系円盤の中で微惑星と呼ばれる小さな破片が集まって形成されると考えられています。巨大ガス惑星を形成するには、十分な量の微惑星が集まって固体の核を形成する必要があります。マックス・プランク天文学研究所の広報担当者で、この研究には直接関与していないマルクス・ニールボック氏は、The Register紙の取材に対し、岩石質の中心は重力によって周囲の円盤からガスを蓄積すると説明しました。
「しかし、ディスクが十分に重くない場合は、それらの微惑星がディスクを通過して内部領域に移動し、最終的に恒星に落ち込む前に、十分な速さでそれらの微惑星を形成できるほどの固体物質が周囲に存在しません。」
では、どのようにしてGJ 3512 bのような巨大ガス惑星の形成に、これほど多くの物質が使われたのでしょうか？国際的な研究チームは、原始惑星系円盤が自らの重力によって直接崩壊したに違いないと考えています。
このシナリオでは、GJ 3512 bは円盤の外側、つまり太陽と地球の距離の10倍にあたる10天文単位を超える領域に集まった物質から生まれたと考えられます。この領域の温度は約10ケルビン（-263℃）と非常に低く、円盤の外向きの熱圧力は内向きの重力圧縮を打ち消すことができません。そのため、円盤は自重で崩壊します。
周囲の物質は、円盤内にガスを蓄積するのに十分な質量を持つ固体核を形成し、GJ 3512 bのような惑星が存在する可能性があります。このようなタイプの円盤は重力不安定円盤と呼ばれます。しかし、この考えでさえ、この奇妙な系を完全に説明するものではありません。
もしかしたら第三の惑星が存在する可能性はあるのでしょうか？
重力的に不安定な円盤は発見されていますが、GJ 3512のような低質量星の周囲には見られません。「実際の議論は、低質量星は質量の大きい円盤を持つべきではないということです。すべての星はガスと塵の円盤を経て形成されるようです。そして、最終的な星の質量は、それが誕生した円盤の質量と相関しています。ですから、低質量星の周囲に質量の大きい円盤が見つかるというのは、かなり奇妙なことです」とニールボック氏は言います。
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この巨大ガス惑星は主星にかなり近い軌道を周回しており、両天体間の最大距離は地球と太陽の距離の約半分です。したがって、もしこの惑星が円盤の外縁で形成されたとすれば、最終的には内側に移動したはずです。
しかし、研究者らの推測によると、この系にはかつてGJ 3512 bと2番目の惑星GJ 3512 cに加えて3番目の惑星が存在していたという証拠がある。一連の重力不安定性により3番目の惑星が放出され、GJ 3512 bの軌道は恒星に近づき、離心率も増加した。現在、GJ 3512 bは204日で1周している。
この太陽系外惑星は単体ではそれほど注目に値するものではない。しかし、その恒星と並べて考えると、研究者たちは困惑する。
「これまで、円盤不安定性と整合する惑星形成は、主星から遠く離れた、若く高温で非常に質量の大きい少数の惑星に限られていました」と、論文の共著者であり、マックス・プランク天文学研究所の天文学教授であるヒューバート・クラール氏は述べています。GJ 3512 bは、質量が非常に小さい恒星の周りの円盤の不安定性から形成された可能性のある、驚くべき惑星候補です。この発見は、私たちのモデルを見直すきっかけとなりました。」®
