地球から約 1,350 光年のところに、TOI-2155 と呼ばれる星があります。この星は太陽よりもわずかに大きく、重く、熱いので、それ自体は特に珍しいことではありません。本当に際立っているのは、その周りを周回している小さな天体 TOI-2155b です。その存在は、親星の前を通過する星の光の微妙な変化を観察することによってのみ推測できます。

TOI-2155b とは一体何ですか?それは「小さな星」でしょうか、巨大な惑星でしょうか、あるいはその中間の何か特別なものでしょうか?天文学ジャーナルに掲載された最近の論文に記載されているように、研究者らはTOI-2155bが星と呼ぶのに十分かどうかまだ確信が持てていないが、明らかなことは、TOI-2155bが非常に魅力的な境界線、つまり水素核融合を点火して持続させて宇宙で輝くことができる「本物の星」と、持続的な水素核融合を点火できず「失敗星」と呼ばれる褐色矮星との間の、非常に魅力的な境界線にあるようだということだ。

スターはどのようにして「失敗」するのか

星は宇宙にある巨大なガス雲から生まれます。それでは、最終的に星になるためには、ガス雲はどれくらいの大きさと重さでなければならないのでしょうか?単純な質問のように聞こえますが、天文学界では何十年にもわたって議論を引き起こしてきました。

なぜなら、恒星の内部では、重力による圧力が大きく、水素原子がヘリウム原子に融合し続けることができる場合にのみ、恒星の最大の特徴でもある激しい熱と光を継続的に発生させることができるからです。天体の質量が十分に大きくない場合、内部圧力がこのタイプの核融合を長期間維持するには十分ではない場合、または他の理由で水素核融合が実際に「開始」できない場合、このガスの塊は「失敗した星」、つまり褐色矮星になります。このような物体は、誕生の初期段階では比較的高温になりますが、水素核融合が持続しないため、放射線は徐々に弱まり、表面温度はゆっくりと低下し、わずかな赤外線だけが残ります。

どのガス雲が実際の星になり、どのガス雲が褐色矮星の段階に留まるのかを解明するには、天体物理学者は「遷移領域」、つまり最も重い褐色矮星と最も軽い恒星のサンプルを探さなければなりません。 TOI-2155b はその重要な例であり、質量は木星の約 80.6 倍で、ほぼ理論上の臨界境界にあります。

品質の境界線は「きびしい」ものではない

科学研究チームは、NASA の TESS (通過系外惑星調査衛星) からの観測データと世界中の複数の地上望遠鏡からの観測を組み合わせて、TOI-2155b の体積と質量を正確に測定しました。その結果、この物体は木星とほぼ同じ大きさだが、質量は約80倍であることが判明した。

直感的には、非常に明確な「質量閾値」があることを期待するかもしれません。この値を超えると、天体は惑星または褐色矮星から恒星に「変形」します。しかし、自然界の多くの境界と同様、現実には明確な境界線はありません。従来の理論では、惑星、褐色矮星、恒星の間の質量境界は木星の質量の約 75 ～ 80 倍とされていました。しかし、最新の理論モデルによると、この変換は単一の要因としての品質によって決定されるだけでなく、他の多くのパラメーターによっても影響を受けることが示されています。

研究によると、天体の年齢、化学組成、さらには大気の性質が、水素核融合を開始し維持できるかどうかに影響を与えます。このため、褐色矮星と恒星の間の質量境界を正確にどこに引くべきかについて、天文学者の間で未だに意見が一致していない。このような背景から、臨界領域にある TOI-2155b は特に重要であり、理論と観測の間の「微妙な違い」をテストする貴重な機会を提供します。

非常に珍しい「遷移オブジェクト」

現在の観測に基づくと、TOI-2155b はこれまでに発見された褐色矮星の中で最も質量の大きいものの 1 つである可能性もあれば、最も質量の小さいものの 1 つである可能性もあります。この狭い質量遷移領域内の既知の天体の数は非常に限られているため、TOI-2155b は褐色矮星と恒星の境界を研究する上で非常に貴重な天体となっています。天文学の発展において、多くの重要な進歩は、最も希少で特別な天体に関する徹底的な研究から生まれており、TOI-2155bはそのような「サンプル」の1つになることが期待されています。

もちろん、褐色矮星と恒星の境界について最終的な答えを与える単一の天体はありません。今後、移行帯に位置する同様の質量を持つ天体がさらに発見され、高精度の測定と長期追跡観測が行われて初めて、科学者は既存の理論モデルをさらに最適化することができます。それまでに、星が点火して何十億年も燃え続ける条件をより明確に概説できるようになり、これらの「星のエンジン」がどのようにして宇宙を現在の形に形作ったのかをよりよく理解できるようになるかもしれません。