天文学者は179光年離れた惑星の大気中の水を検出します

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太陽系外惑星に関する詳細な情報を収集することは非常に困難です。しかし現在、ケック天文台で最先端の技術を使用しているチームは、太陽系外惑星の観測に大きな飛躍を遂げ、179光年離れた惑星の大気中の水を検出しました。

この中心にある太陽系には、HR 8799と呼ばれる星と、その惑星であるHR 8799 b、c、d、eがあります。システムはペガサス星座で179光年離れています。星自体は3000万年前の主系列星です。それはそれ自身の奇妙な恒星特性を含むいくつかの理由で注目に値します。しかし、これは別の重要な理由で注目に値します。 2008年に、科学者たちは、星の周りの3つの太陽系外惑星（HR 8799b、c、およびd）をケックおよびジェミニ望遠鏡を使用して直接観測したと発表しました。その後2010年に、第4の惑星HR 8799 eの発見を発表しました。

この最新の発表は、2008年の初期の研究に基づいており、この研究の背後にいる天文学者は、最新の発表を太陽系外惑星のより良い画像への道の「足がかり」と呼んでいます。

新しい観測はHR 8799 cで、2008年に初めて観測されました。これは、200年ごとに星を周回する木星の質量の約7倍の若い巨大ガス惑星です。これらの新しい直接画像化された観察は、大気中の水の存在を確認し、メタンの欠如を確認します。

「この種のテクノロジーは、まさに地球のような惑星で生命の兆候を探すために将来使用したいものです。」 – Dimitri Mawet、研究著者、CaltechおよびJPL。

これらの新しい観察は、ケックでの2つの望遠鏡技術の強力な組み合わせから生じます。 1つは補償光学です。補償光学は、地球の大気のぼかし効果を打ち消します。 2つ目は、近赤外極低温エシェルスペクトログラフ（NIRSPEC）と呼ばれるKeck 2望遠鏡の分光計で、赤外光で機能する高解像度分光計です。

「このタイプのテクノロジーは、まさに地球のような惑星で生命の兆候を探すために将来使用したいものです。私たちはまだそこにいませんが、前進しています」と、Caltechの天文学の准教授であり、NASAのためにCaltechが管理するJPLの研究科学者であり、これらの調査結果を発表した研究の共著者であるDimitri Mawetは言います。

新しい発見は天文学ジャーナルで発表されました。筆頭著者はJi Wangで、以前はCaltechの博士研究員で、現在はオハイオ州立大学の助教授です。

これまでのところ、天文学者は直接ダース以上の太陽系外惑星を画像化しています。 HR 8799システムは、直接イメージングされた最初の多惑星システムです。しかし、画像はこの調査の最初のステップにすぎません。

撮影すると、大気中の化学組成を画像で分析できます。これが分光法の出番です。この場合、NIRSPECの洗練された能力が鍵となりました。

NIRSPECは、赤外線Lバンドで動作するKeck 2望遠鏡の機器です。 Lバンドは、波長が約3.5マイクロメートルの赤外光の一種であり、スペクトルの領域には多くの詳細な化学的フィンガープリントがあります。「Lバンドは、空がこの波長でより明るいため、これまでほとんど見過ごされてきました」とマウェト氏は言います。「Lバンドに目を合わせたエイリアンだったら、非常に明るい空が見えるでしょう。このベールを通して太陽系外惑星を見ることは困難です。」

Lバンド分光法と補償光学を組み合わせることにより、彼らは光がほとんどその星にかき消されている惑星を観察する困難を克服しました。彼らはまだ惑星の正確な測定を行うことができ、水の存在とメタンの不在を確認しました。

「現在、ケックを使用して、これらの巨大なエキゾチックな惑星の物理学とダイナミクスについてすでに知ることができます。これらは、私たち自身の太陽系の惑星のようなものではありません。

「私たちは今、この惑星でのメタンの欠如についてもっと確信しています」と王は言います。「これは、惑星の大気の混合が原因である可能性があります。表面に存在すると予想されるメタンは、対流の過程でメタンが存在しない惑星のより深い層を引き起こしている場合、希釈される可能性があります。」

マウェト氏のチームは、ケック天文台で次の最新機器の準備をしています。これはKPIC（Keck Planet Imager and Characterizer）と呼ばれています。 KPICは補償光学と分光法を使用しますが、さらに効果を発揮します。 KPICを使用すると、天文学者はHR 8799cよりも星に近い、さらに暗い惑星を撮像できます。

そして、太陽系外惑星イメージングの未来はさらに明るいです。この惑星の画像化に貢献した補償光学と分光法の背後にある技術は、将来の望遠鏡で使用される予定です。

「KPICは私たちの将来の30メートル望遠鏡装置への踏み台です」とマウェトは言います。「今のところ、私たちは宇宙の惑星が形成する無数の方法について多くを学んでいます。」