天文学者らによる最新の観測では、WASP-189bと名付けられた巨大系外惑星の大気中の元素組成が親星の元素組成と非常に一致していることが示され、惑星がどのように形成され進化するかについての中核仮説に対する初めての直接的な証拠が提供された。この成果は、宇宙生物学の分野における重要なマイルストーンと考えられています。
研究チームは初めて、系外惑星の大気中でガス状のマグネシウムとシリコンを同時に検出し、これを惑星とその親星の化学存在比の比較に利用した。この観測は、国際ジェミニ天文台の一部であるチリのジェミニ南望遠鏡によって行われ、米国国立科学財団（NSF）から一部資金提供を受け、NOIRLabを通じて運営されています。
標的の惑星WASP-189bは地球から約320光年離れており、天秤座に位置している。 「超高温木星」として知られる系外惑星の一種です。このような惑星は恒星のすぐ近くを公転しており、その表面温度はマグネシウム (Mg)、シリコン (Si)、鉄 (Fe) などの岩石形成元素を蒸発させるのに十分なほど高い。したがって、高分解能分光法技術を使用して大気の化学組成を分析するのに理想的な条件を提供します。
研究を主導したのはアリゾナ州立大学の大学院生ホルヘ・アントニオ・サンチェス氏。研究チームは、ジェミニ南望遠鏡に設置された高解像度赤外線画像回折格子分光計 IGRINS を使用して、WASP-189b の大気の正確な測定を実施しました。機器データは、惑星の大気中のマグネシウムとケイ素の比率が親星の比率と非常に一致していることを示しています。
この結果は、惑星形成理論に長年存在してきた重要な推論、つまり惑星は若い星の周りの原始惑星系円盤で誕生するということを、初めて直接観測的に裏付けるものとなった。原始惑星系円盤内のガスと塵は、星と同じ崩壊した星間雲に由来するため、全体の化学組成の観点から、両者は互いに「鏡像」するはずです。これ以前は、この「星と惑星の組成の対応関係」は主に内惑星と太陽の間の間接的な推論から来ており、系外惑星系ではまだ直接確認されていませんでした。
サンチェス氏は、WASP-189bが地球に似た惑星の形成を理解するための重要な観測「アンカー」を提供すると指摘した。星とその惑星の間の主要な岩石形成元素の比率を正確に決定することで、研究者は星の化学反応に関する情報をより自信を持って利用して、地球に似た惑星の可能性も含め、星の周囲に形成された固体物質の全体的な組成を推測できるようになります。
宇宙生物学の観点から見ると、星と惑星の間のこの化学的対応は非常に重要です。恒星内の元素の豊富さは、原始惑星系円盤内の岩石物質と揮発性物質の存在量と分布に影響を与え、さらに、磁場を維持し、プレートテクトニクスを駆動し、火山や地質循環を通じて大気、海洋、土壌に生命に必要な化学物質を継続的に放出する惑星の能力に影響を与えます。科学者たちは、星の化学的指紋を分析することで、その惑星系における岩石惑星の潜在的な居住可能性についての最初の推定値を提供できると期待されている。
論文の共著者でアリゾナ州立大学准教授のマイケル・ライン氏は、この研究は、地球に似た岩石惑星を構築するための構成要素であるマグネシウムやシリコンなどの主要な岩石形成元素を抑制する地上設置の高分解能分光計の力を証明していると述べた。彼は、この技術の進歩により、系外惑星の大気の研究にまったく新しい次元が開かれると信じています。
科学研究チームは将来に向けて、より広範囲の波長で高解像度の観測を行うことで、WASP-189bを含む系外惑星大気の「成分パノラマ」をさらに描けるようになると期待している。これは、科学者が原始惑星系円盤からの惑星の誕生、移動、進化の全過程をより体系的に理解し、物理的および化学的条件の観点からさまざまな惑星が生命を維持する可能性があるかどうかを評価するのに役立つだろう。
関連する研究は、「系外惑星の大気中の恒星のマグネシウムとシリコンの比率」というタイトルで2026年2月に学術雑誌に掲載され、惑星形成と内部構造の推論における理論的および観測レベルからの恒星のマグネシウムとシリコンの比率の重要性についてさらに議論した。