消滅する系外惑星の場合

約96光年離れた位置にある太陽系外惑星GJ 3470bのアーティストのコンセプトは、私たちの星座Cancer the Crabの方向に赤いd星を周回しています。 この世界は徐々にその雰囲気を宇宙に失いつつあります。 それは本質的に「蒸発」しています。NASA/ ESA / D経由の画像。 プレーヤー(STScI)。

惑星いつまで生きることができますか? 少なくとも部分的には、答えは惑星が星からどれだけ離れているかに依存するかもしれません。 近年、天文学者は宇宙に「蒸発」していることが観測されているある種の惑星(暖かい海王星と呼ばれる)を見つけ始めました。 惑星はその大気を失っているかもしれません。 または、惑星自体の質量が失われている可能性があります。 基本的に、これらの惑星は徐々に縮小し、存在から消滅しています。 これまでに2つのそのような世界が発見されました。

以前に議論された惑星の1つはGJ 436bでしたが、今では100倍の速度で蒸発している別の同様の世界、GJ 3470bが発見されました。 査読済みの調査結果は、2018年12月13日にジャーナルAstronomy&Astrophysicsに掲載されました。

ジョンズ・ホプキンスのブルームバーグ名誉教授であり、新しい研究の著者であるデイビッド・シングによると:

これは、惑星が全質量のかなりの部分を失う可能性がある喫煙銃です。 GJ 3470bは、これまでに見たどの惑星よりも多くの質量を失っています。 今からわずか数十億年で、地球の半分はなくなっているかもしれません。

この発見は、パンクロマティック比較太陽系外財務省(PanCET)プログラムの一環として行われました。 PanCETの目的は、ハッブル宇宙望遠鏡を使用して、紫外線、光学、赤外線の20種類の太陽系外惑星の大気を測定することです。

GJ 3470bとEarthのサイズ比較。 Radialvelocity / Wikipedia / CC BY-SA 4.0経由の画像。

他の惑星も、それらの星の非常に近くを周回する「熱い木星」や「超地球」など、上層大気を失うことが観察されています。 遠くの惑星よりもはるかに熱いため、大気は宇宙に吹き飛ばされる可能性があります。 また、少なくとも観測された系外惑星の間では、海王星サイズの世界よりも一般的です。

ハッブルは、最初に研究された海王星サイズの太陽系外惑星GJ 436bよりも、GJ 3470bの方がかなり多くの質量を失い、外気圏が著しく小さいことを発見しました。 これは、その低密度と、ホスト星から受ける強力な放射線爆発によるものと考えられています。 GJ 3470bは、元の質量の35%をすでに失っていたと推定されます。 数十億年後、残っているのは小さな岩だらけのコアだけです。 Singが説明したように:

私たちは、惑星がどのように形作られ、どの特性が全体的な構造に影響するかをよりよく理解し始めています。 この研究と包括的なPanCETプログラムの目標は、これらの惑星の大気を広く見て、各惑星がそれぞれの環境によってどのように影響を受けるかを判断することです。 異なる惑星を比較することにより、進化の過程でより大きな画像をつなぎ合わせることができます。

また、GJ 3470bの親星は、惑星GJ 436bが公転する40億から80億年前の星と比較して、わずか20億歳です。 若い星はよりエネルギッシュであるため、GJ 436bが受けるよりも強い放射で惑星を爆破します。 どちらも私たちの太陽よりも小さく長寿命の赤いd星で、赤いred星は太陽フレアが頻繁に爆発することで非常に活発であることが知られています。

サイズと星からの距離に基づいて太陽系外惑星を描いた図。 星の近くを周回する海王星サイズの系外惑星は比較的少数です。 GJ 3470bは、その「熱い海王星の砂漠」の境界近くにあります。NASA/ ESA / A経由の画像。 フィールド(STScI)。

スイスのジュヴェルナ大学の主任研究者であるVincent Bourrier氏によると、これは重要な発見です。

これは、惑星進化に関してこれが非常に劇的な最初のケースだと思います。 それは、その寿命の間に大きな質量損失を経験している惑星の最も極端な例の一つです。 このかなりの質量損失は、その進化に大きな影響を与え、星に近い系外惑星の集団の起源と運命の理解に影響を与えます。

これらの発見は、暖かい海王星が「熱い海王星」として始まった可能性があることを示唆しています。これは、時間とともに縮小してミニ海王星になる傾向がある一時的な惑星です。 それらの世界は地球よりも大きく海王星よりも小さく、水素に支配された重い大気を持っています。 地球のように岩が多いがより巨大な超地球になるために、それらは縮小し続けるかもしれません。 Bourrierによると:

質問は、熱い海王星はどこに行ったのですか? 惑星のサイズと星からの距離をプロットすると、その分布に砂漠、穴があります。 それはパズルでした。 大気の蒸発がこの砂漠を形成するのにどれだけの役割を果たしたのか、私たちは本当に知りません。 しかし、砂漠の端にある暖かい海王星からの大量の質量損失を示すハッブルの観測は、この砂漠を形成する上で大気の脱出が主要な役割を果たしていることを直接確認しています。

宇宙で失われているのは主に水素ですが、他の微量ガスも同様である可能性があり、研究者はハッブルを使用してそれらも検索することを計画しています、とBourrier氏は述べています。

私たちは、水素ガスが大気中のより深いところにある炭素などの重い元素を上方へ、そして宇宙へと引きずり出しているのではないかと考えています。

超地球系外惑星のアーティストのコンセプト。 新しい研究は、熱い海王星が徐々に縮小してミニ海王星になり、次に超地球になるという考えを支持しています。 NASA / Ames / JPL-Caltech経由の画像。

天文学者は他の似たような暖かい海王星を観察したいのですが、残念ながらGJ 3470bとGJ 436bだけが十分に近いものです。 現在の技術では、150光年離れた暖かい海王星では水素を検出できません。 ただし、ヘリウムは、Bourrierが指摘しているように、ハッブルと次のJames Webb Space Telescope(JWST)の両方によって、これらの距離で検出できます。

ヘリウムを探すと、調査範囲が広がる可能性があります。 Webbの感度は非常に高いため、小型海王星などの小さな惑星から逃げるヘリウムを検出できます。

EarthSkyで最近報告されたように、天文学者は別の太陽系外惑星HAT-P-11bが同様の方法でヘリウム大気を宇宙に失い、「ヘリウム風船のように膨張している」ことを発見しました。 124光年離れた海王星よりも大きい。

結論:暖かい海王星はそれほど一般的ではないかもしれませんが、それらの2つが水素の大気が空間に漏れ出て「蒸発」していることがわかったという事実は、それらが最終的にミニ海王星に進化する方法に関する貴重な手掛かりを提供しますそして数十億年にわたる超地球。

出典: ハッブル PanCET:温かい海王星GJ 3470bの周囲の中性水素の拡張された高層大気

ジョン・ホプキンス大学経由

ハッブルサイト経由

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