NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による、地球の8.6倍の質量を持つ系外惑星K2-18bの新たな調査により、メタンや二酸化炭素などの炭素含有分子の存在が発見された。ウェッブ氏の発見は、K2-18bが「海洋」系外惑星であり、水素が豊富な大気と水の海で覆われた表面を潜在的に持っている可能性があることを示唆する最近の研究に加わるものである。
NASA のハッブル宇宙望遠鏡による観測によって、このハビタブルゾーン系外惑星の大気の性質が初めて明らかになり、さらなる研究によってこの系に対する私たちの理解が変わりました。
K2-18b は、しし座の地球から 120 光年離れたハビタブルゾーン内の冷矮星 K2-18 を周回しています。 K2-18b のような系外惑星は、地球と海王星の間にある大きさで、太陽系のどの惑星とも異なります。近くに同様の惑星がないため、これらの「亜海王星」についてはほとんど知られておらず、天文学者たちはその大気の性質について議論しています。
一部の天文学者は、これらの世界が系外惑星生命の証拠を探すのに理想的な環境であると信じているため、海王星サブ K2-18b が水海洋系外惑星である可能性があるという考えは興味深いものです。
ケンブリッジ大学の天文学者で、これらの結果を発表した論文の筆頭著者であるニク・マドゥスダン氏は、「私たちの研究結果は、他の場所で生命を探す際に、居住可能なさまざまな環境を考慮することの重要性を浮き彫りにしている。伝統的に、系外惑星での生命の探索は、より小さな岩石惑星に焦点を当ててきたが、より大きな海王星の世界は明らかに大気観測に適している」と説明する。
メタンと二酸化炭素は豊富にあるが、アンモニアは希少であり、K2-18b の水素が豊富な大気の下に水の海が存在する可能性があるという仮説を裏付けている。地球上では生命だけがこの物質を生成します。地球の大気中の DMS のほとんどは、海洋環境の植物プランクトンによって放出されます。
DMS の推論は信頼性が低いため、さらなる検証が必要です。 「今後のウェッブ観測により、K2-18bの大気中にかなりの量のDMSが実際に存在するかどうかを確認できるはずです」とマドゥスダン氏は説明する。
K2-18b はハビタブルゾーンにあり、炭素含有分子を収容していることが現在知られていますが、それは必ずしもこの惑星が生命を維持できることを意味するわけではありません。この惑星の半径は地球の 2.6 倍と大きいことから、この惑星の内部には海王星のような大きな高圧の氷マントルが存在する可能性が高いが、水素を多く含む大気と海面はより薄いことになる。シーワールドには水の海があると予測されています。ただし、海が暑すぎて人が住めない可能性や、海が液体である可能性もあります。
カーディフ大学のサブハジット・サーカー氏は、「太陽系にはそのような惑星は存在しないが、亜海王星は天の川銀河で断然最も一般的な惑星タイプである。我々はこれまでで最も詳細なハビタブルゾーン亜海王星のスペクトルを取得したので、大気中に存在する分子を計算することができる。」と説明する。
K2-18b のような系外惑星の大気を特徴付けること、つまり、そのガス状態や物理的状態を決定することは、天文学の非常に活発な分野です。しかし、これらの惑星は、はるかに大きな親星のまぶしさによって影が薄くなっているため、系外惑星の大気の探査は特に困難になっています。
研究チームは、K2-18b の親星が系外惑星の大気を通過するときに発する光を分析することで、この課題を回避しました。 K2-18b は通過中の系外惑星であり、つまり、K2-18b が親星の表面を通過するときに明るさの低下を検出できることを意味します。これは、NASA の K2 ミッションが 2015 年に初めてこの系外惑星を発見した方法です。これは、通過中に星の光のごく一部が系外惑星の大気を通過し、ウェッブ望遠鏡のような望遠鏡に到達することを意味します。スターライトは系外惑星の大気を通過するときに痕跡を残し、天文学者はこれらの痕跡をつなぎ合わせて、系外惑星の大気中のガスを決定することができます。
ジェームズ・ウェバーの能力と今後の研究
「この結果は、ウェッブ望遠鏡の拡張された波長範囲と前例のない感度のおかげで可能になり、わずか2回の通過でスペクトル特徴の強力な検出を可能にした」とマドゥスダン氏は述べた。 「それに比べて、ウェッブによる 1 回の通過観測は、比較的狭い波長範囲でのハッブルによる 8 回の（数年間にわたる）観測と同じくらい正確でした。
ケンブリッジ大学のサヴァス・コンスタンティノー氏は、「これらの結果は、K2-18b のたった 2 回の観測の結果であり、さらに多くの観測が行われているところです。つまり、ここでの私たちの研究は、ウェッブが観測できるハビタブルゾーン系外惑星の初期の実証にすぎないことを意味します。」と説明しています。
チームの発見は、The Astrophysical Journal Letters での出版が受理されました。
研究チームは現在、望遠鏡の中赤外分光計（MIRI）を使用して追跡調査を実施する予定で、これによって研究結果がさらに検証され、K2-18bの環境条件について新たな洞察が得られることを期待している。
「私たちの最終的な目標は、居住可能な系外惑星で生命を発見することであり、それは宇宙における私たちの位置に対する私たちの理解を変えることになるでしょう」とマドゥスダン氏は結論づけた。 「今回の探査で得られた発見は、水星の世界をより深く理解するための有望な一歩となります。」
NASA のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界で最も重要な宇宙科学天文台です。太陽系の謎を明らかにし、他の星の周囲の遠い世界を観察し、宇宙の神秘的な構造と起源、そしてその中での私たちの位置を探求しています。ウェッブ望遠鏡は、NASA が主導し、欧州宇宙機関 (ESA) やカナダ宇宙機関などのパートナーと協力して進められている国際プログラムです。