アストロボフィンは、形成中の星々の霧の中を泳ぐ惑星を発見する

科学者たちは、発達中の恒星の周りの異常なガスの動きを見つける新しい技術を使って、3つの赤ちゃん惑星を発見した。

この新しい技術は、天体物理学ジャーナル・レターズ誌に掲載された2本の論文で発表されました。この技術が惑星発見に使用されたのは初めてで、コードネームHD163296という生まれたばかりの恒星の周囲に3つの惑星を発見しました。

2つの独立した天文学者チームが、チリにある一連の望遠鏡群、アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）を用いてこの恒星を観測し、電波データを解析した。HD 163296は約400万歳で、地球からいて座の方向へ330光年の距離にある。

ほとんどの太陽系外惑星はトランジット法によって発見されます。この方法では、恒星の明るさを測定し、惑星が恒星の軌道を横切って光を遮る際に生じる特徴的な減光を探します。この方法は数千もの新しい太陽系外惑星の発見に非常に成功していますが、原始星の周りを回る惑星の発見には利用できません。

原始星は、私たちの太陽のような主系列段階にまだ達していない若い星です。原始星はガスと塵の渦巻く円盤に囲まれており、生まれたばかりの惑星のような天体が隠れているため、科学者が惑星系の形成過程を研究することは困難です。

研究チームは、アルマ望遠鏡が検出できる特徴的な波長を発する原始星円盤内の一酸化炭素粒子の動きを観測した。ガスは秒速約5キロメートルで回転しており、アルマ望遠鏡は粒子の速度変化を秒速数メートルという微小な単位で測定することができた。

ギャップと航跡

「ケプラーの法則に従って恒星を周回するガスの場合、想定されるよりも遅い領域と速い領域が観測されています。このような大きな速度変化を生み出す唯一の方法は、恒星の重力に逆らってガスを支えるガスの圧力を大きく変化させることです」と、論文の筆頭著者でありミシガン大学の天文学者リチャード・ティーグ氏はThe Register紙に語った。

「惑星は円盤に隙間を掘り込むことで、密度に大きな変化を引き起こすことができます。速度の変化から、削られた隙間の形状をトレースし、大規模な数値シミュレーションと照合することで、それが惑星であると判断できます。」

論文の共著者であり、カーネギー科学研究所の博士課程の学生であるジェハン・ベ氏は、原始星の円盤の隙間と、そこを移動する惑星によって生成される航跡のパターンを、ボートが湖を進むときに作成される同じパターンと比較した。

「原始惑星系円盤で惑星が形成されると、円盤に隙間ができて航跡ができます。つまり、ボートの航跡に例えると、私たちは湖の隙間と航跡を観測したのですが、ボート自体は観測していませんでした。そして、湖にはボートがあるはずだと予測したのです」とベイ氏は語った。

ティーグ氏が率いる研究チームは、HD 163296から約80天文単位と140天文単位離れた惑星に関連する2つの隙間と航跡パターンを発見した。モナシュ大学の天文学者クリストフ・ピンテ氏が率いるもう1つの研究グループは、この恒星から約260天文単位離れた場所に3番目の惑星を発見した。

これら3つの惑星はすべて、木星と同程度の質量を持っています。「惑星が隙間を開けるには、十分な質量が必要です。同様に、惑星の質量が大きいほど、発生する航跡も強くなります。木星質量の惑星は観測可能な隙間を開けるのに十分な質量を持つことが知られていますが、地球質量の惑星は質量が小さすぎるため、木星の軌道を通過できません。地球質量の惑星は、湖で泳ぐ小魚のようなもので、隙間や航跡は見られないと考えられます」とベイ氏は説明しました。

両チームとも、この技術が科学者が天の川銀河で最も若い惑星を発見するのに役立つことを期待している。

「アルマ望遠鏡は、ほぼすべての原始惑星系円盤の塵の中に、惑星形成が進行中であることを示唆するリングと渦巻き構造があることを示しました。この手法は、高解像度データを持つすべての円盤に適用できます。現在（私たちが知っている）円盤は約10個ですが、今後さらに増えていくでしょう。そして、この手法が円盤のどこで、いつ惑星が形成されるのかという統計的な全体像を構築するのに役立つことを期待しています」とティーグ氏は結論付けました。®