最新の観測によると、地球から約35光年離れた系外惑星では、「地上はまさにマグマの海である」という。研究チームは、L 98-59 dと名付けられたこの惑星の大きさは地球の約1.6倍にすぎないが、ケイ酸塩溶岩で満たされたマントルと異常に硫黄が豊富な内部と大気を持っていると考えている。それは、これまで正式に確認されたことのない、新しいタイプの「硫黄を豊富に含むマグマオーシャンの世界」を表している可能性があります。
関連する結果は、3月16日に創刊された学術誌「ネイチャー・アストロノミー」に掲載された。データの一部は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）と地上天文台の共同観測から得られたものである。論文の筆頭著者であるハリソン・ニコルズ氏は、オックスフォード大学の博士課程の学生として研究を完了し、現在はケンブリッジ大学の博士研究員を務めているが、この発見は「惑星がどのように形成され進化するかについて、まだわかっていないことがたくさんある」ことを示しているとRefractorに語った。同氏は、天の川銀河の惑星環境の種類は現在の分類体系が示すものよりもはるかに多様であり、ハビタブルゾーンの惑星について議論する際にはこの多様性を十分に考慮する必要があると強調した。
L 98-59 d の重要な特徴は、そのマントルが地球の火山噴火によるケイ酸塩溶岩に似ているが、惑星の表面を覆い深部に大量の硫黄を蓄える「全球マグマの海」に拡大したことである。研究者らは、この惑星は太陽系よりも硫黄が豊富な原始惑星系円盤環境で誕生した可能性が最も高いと結論付けた。これは、惑星形成理論の観点から見ると、天の川銀河には地球とは全く異なる元素組成をもつ地球型惑星や硫黄主体の惑星が多数存在する可能性があることを意味しており、「硫黄世界」のような新しいタイプの岩石惑星の概念につながる可能性がある。
さらに不可解なことは、その星からの高エネルギー放射線の絶え間ない「打撃」にもかかわらず、この惑星は水素に富む超高圧の大気を数十億年間維持することができたようだということだ。一般的に、地球のような岩石惑星は進化の過程で水素や硫黄などの軽い揮発性成分を徐々に失うが、L 98-59 dはこの「慣例」に違反しており、科学者はその進化の歴史を再構築するために高精度の数値シミュレーションに頼らざるを得なくなっている。
モデルによると、この惑星は初期にはより熱く、より「膨張」しており、その外観は「亜海王星」に近かったという。その後、長い年月をかけて徐々に冷却され、収縮しましたが、全体の密度は依然として低く、厚く高圧の大気パッケージであることを示していました。この水素が豊富な高圧の大気は、惑星の外層を非常に不透明にし、金星と同様の極端な温室効果を生み出します。恒星の放射線と潮汐加熱の複合作用により、惑星表面の「原始マグマの海」は液体状態で長期間維持される。研究チームは、厚い大気、適度な放射線、潮汐によってマグマの海が「ロック」されるこのメカニズムは、既存の惑星分類の枠組みでは十分に考慮されていないと指摘した。
これまで、天文学界はかに座55番星などの他の恒星の近くにマグマオーシャンの世界を発見しているが、これらの惑星は多くの場合恒星に近く、公転周期が極めて短く、表面の加熱には主に恒星の強い放射線に依存している。対照的に、L 98-59 d が受け取る放射線は比較的穏やかですが、「大気 - 放射線 - 潮汐」という三重機構に依存してマグマの海を維持しており、新しい安定モデルを提示しています。このため、研究者らは、惑星の大きさだけを分類基準として使用する現在の「スーパーアース」分類では、内部構造や組成が大きく異なるこれらの惑星群を説明するのにもはや十分ではないのではないかと疑問を抱いている。
惑星化学レベルでは、L 98-59 d は非常に高温で既知の生命体には適さないものの、惑星系における硫黄の役割についての重要な手がかりを科学者に提供する可能性があります。硫黄は、適切な条件下で、生命に関連するさまざまな地球化学サイクルに参加できます。研究チームはこのモデルを用いて、この惑星の誕生環境における硫黄の存在量が太陽系のそれよりも大幅に多かったと推論し、将来的により小さくて穏やかな「硫黄が豊富な地球に似た惑星」を探索するための理論的参考資料を提供した。
今後数年間、科学者らはJWSTを通じてL 98-59 dに似たマグマオーシャンの世界をさらに探索し続ける予定であり、より大きなサンプルから異なるスーパーアースの組成と内部構造の違いを体系的に分類するために欧州宇宙機関によって実施される今後の「系外惑星大気の赤外線リモートセンシング調査」(ARIEL)ミッションに期待している。ニコルズ氏は、スーパーアースの人口全体をモデル化し、それを現在の系外惑星の国勢調査データと比較することで、異なる組成や構造を持つ複数の「サブカテゴリー」を特定し、それらを異なる惑星の形成や進化の経路と関連付けることが期待できると述べた。
研究チームはまた、将来的に宇宙望遠鏡や大規模な空の調査ミッションからより多くの新しいデータを吸収するために、機械学習手法を使用して、より複雑な惑星進化シミュレーションのフレームワークを構築しています。彼らの見解では、L 98-59 d は多くの「外れ値」惑星の始まりにすぎず、伝統的なパラダイムから逸脱するこれらの世界は、科学者たちに惑星の多様性、居住可能性、生命の潜在的な生息地の基本的な絵を書き換えさせることになるだろう。