宇宙には珍しい太陽系外惑星の名前Gliese 3470 b（GJ 3470 b）があります。それは、地球と海王星のハイブリッドのような、奇妙な世界です。地球のように岩が多い核を持っていますが、水素とヘリウムで作られた大気に囲まれています。その組み合わせは、私たち自身の太陽系とは異なります。
惑星は、星座ガンでグリーゼ3470と呼ばれる赤い矮小星を周回しています。 GJ 3470 bは約12.6地球の質量です。つまり、地球と海王星の質量のほぼ中間です。 （海王星は約17の地球の質量です。）
ケプラーミッションのおかげで、この質量範囲には多くの太陽系外惑星があることがわかります。惑星の最大80％がこの範囲に入る可能性がありますが、将来の太陽系外惑星のミッションで間違いなくそれが明らかになるでしょう。これまで、天文学者はこれらの惑星の1つの大気をよく見ていませんでした。そのため、それらの形成は少し謎です。
ハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡が協力して、GJ 3470 bの大気を詳しく調べました。天文学者がこのような惑星の大気の化学的指紋を特定できるようになったのはこれが初めてです。彼らが発見したのは、この惑星には、水素とヘリウムのほとんど手付かずの原始的な大気があり、重い元素は存在していないということです。
そして、それはちょっとした謎です。
「太陽系にはこのようなものはありません。それが印象的なのです」
カナダのモントリオール大学のビョルンベネック
ハーフスター、ハーフプラネット？
水素とヘリウムの雰囲気を持つGJ 3470 bは、いくつかの点で惑星よりも星に似ています。私たち自身の太陽は73％が水素で、残りはほとんどすべてのヘリウムです。太陽のごく一部だけが、酸素、ネオン、鉄、炭素などの重い元素です。ガスの巨人である木星と土星は、ほとんどが水素とヘリウムですが、メタンやアンモニアなどのその他の化合物や、より重い元素も含まれています。これらの化合物は、GJ 3470 bにはほとんどありません。
「これは惑星形成の観点からの大きな発見です。惑星の軌道は星に非常に近く、木星よりもはるかに小さい（地球の質量の318倍）が、重い元素によって「汚染されていない」原始的な水素/ヘリウムの大気を増加させることに成功した」と大学のビョルンベネック氏は述べた。カナダのモントリオール、NASAのプレスリリース。 「太陽系にはこのようなものはありません。それが印象的なのです」
この研究の背後にいる天文学者たちは、両方の宇宙望遠鏡の多波長機能を組み合わせて、GJ 3470 bの大気をよく見ています。彼らは、太陽系外惑星がそのホスト星の前を通過するとき、星の光の吸収を測定することによってそれをしました。彼らはまた、太陽系外惑星が星の後ろを通過したときの反射光の損失を測定しました。全体として、1対の宇宙望遠鏡は12回の通過と20回の食を観測しました。
天文学者は分光法を使用して、大気中の水素とヘリウムの化学的指紋を特定し、惑星の大気の性質がこれをすべて可能にしました。曇りがほとんどなく晴れているため、大気を深く見ることができました。 「初めて、このような世界の分光学的特徴があります」とベネック氏は語った。
しかし、その分光法は予期しない何かを明らかにしました。天文学者たちは、酸素や炭素などのより重い元素を含む、惑星海王星と同様の化学組成を見つけると考えていました。しかし、代わりに彼らは太陽に似た雰囲気を見つけました。
「…私たちは、その構成が太陽の水素/ヘリウムに富む構成に似ているほど重元素が乏しい大気を発見しました。」
カナダのモントリオール大学のBJÖRNBENNEKE
「私たちは、海王星で見られるのと同様に、酸素や炭素などの大量の水蒸気とメタンガスを形成するより重い元素が強く濃縮された大気を期待していました」とBenneke氏は述べています。 「代わりに、重元素が非常に貧弱なため、その組成は太陽の水素/ヘリウムに富む組成に似ています。」
一緒につなぎ合わせる
天文学者はハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡を組み合わせた力のおかげで、太陽系外惑星の雰囲気をうまく理解できたので、この奇球惑星がどのように形成されたのかを理解し始めることができます。
GJ 3470 bは他の太陽系外惑星とは対照的です。天文学者は、他の太陽系外惑星、たとえばホットジュピターが太陽から遠く離れて形成され、その後内側に移動すると考えています。しかし、天文学者は、この太陽系外惑星が、今日の位置に近い、その赤い矮星に非常に近く形成されたと考えています。
それはおそらく最初は小さな岩のようなオブジェクトとして形成され、星が形成されたのとほぼ同じ時期に原始惑星系円盤の中心に閉じ込められました。それは、星が形成された円盤の同じ原始的な素材からその雰囲気を集めるか、または追加したであろう。そして、それはその水素/ヘリウム雰囲気と、それがより重い元素を欠いている理由を説明するでしょう。
「これは惑星形成の観点からの大きな発見です。」
カナダのモントリオール大学のBJÖRNBENNEKE
「原始惑星系円盤から水素を降着させることはできたが、逃げて高温の木星にならない物体が見つかった」とBenneke氏は語った。 「これは興味深い体制です。」
起こった可能性があるのは、それがまだ円盤から物質を降着させていたが、星がより速く成長し、円盤が消散したことです。これにより、GJ 3470 bが大きくなり、太陽系のガスジャイアントのようになり、大気中の元素が重くなりました。
今のところ、これは、この興味をそそる奇妙な太陽系外惑星の理解が立つところです。しかし、ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が稼働すると、詳細がわかります。
JWSTは、これまでにない感度で赤外線を見ることができる強力な宇宙望遠鏡です。 GJ 3470 bや他の太陽系外惑星の雰囲気を調べて、まだ目に見えないものを明らかにすることができます。特に、かすみのヘイズをほぼ透明にする波長で観察します。
そうすれば、これだけでなく、すべての太陽系外惑星の理解が飛躍的に高まります。
出典：
- プレスリリース：ハッブル、スピッツァーが明らかにした中型惑星の雰囲気
- ウィキペディア：Gliese 3470 b
- スピッツァー宇宙望遠鏡
