天文学者たちは、JWST (ウェッブ望遠鏡) を使用して系外惑星 HAT-P-18b の大気を研究し、そこで水蒸気と二酸化炭素を発見し、同時に主星の特性がデータ分析に及ぼす影響を強調しました。モントリオール大学のトロティエ系外惑星研究所 (iREx) の研究者が率いる天文学者チームは、革新的なジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) の力を利用して、「熱い土星」系外惑星 HAT-P-18b を研究しました。

英国王立天文学協会の学術誌「Monthly Notices」に先月掲載された彼らの研究結果は、HAT-P-18bの大気の全体像を描きながら、その大気の特徴を恒星の活動から区別するという壮大な課題を探求している。

HAT-P-18b は 500 光年以上離れたところにあり、質量は土星と似ていますが、大きさは大きな惑星である木星に近いです。したがって、この系外惑星には「膨張した」大気があり、分析に特に適しています。

「熱い土星」系外惑星 HAT-P-18b の芸術的表現。

JWST の観測は、HAT-P-18b が太陽のような星の前を通過したときに行われました。トランジットとして知られるこの瞬間は、数百光年離れたところから系外惑星を驚くべき精度で検出し、その特徴をさらに決定するために重要です。

天文学者は、遠く離れた惑星からの直接光を観察しません。その代わりに、彼らは中心星の光がどのように遮断され、その周りを周回する惑星によって影響を受けるかを研究したため、惑星の存在によって引き起こされる信号を星自体の特性によって引き起こされる信号から分離する必要がありました。

光度曲線は、時間の経過に伴う星の明るさ、つまり明るさを示します。系外惑星が星の上を通過するとき（トランジットとして知られます）、星の光の一部が系外惑星によって遮られます。その結果、星の明るさが減少します。星の表面上の星点が隠れているとき、または系外惑星が暗い点の上を通過するとき、天文学者は光度曲線の信号、通過光度曲線の底にある小さな隆起を見ることができます。以下のインフォグラフィックのアニメーション全体をご覧ください。出典: B.Gougeon/モントリオール大学

私たちの太陽と同じように、星の表面は均一ではありません。それらには暗い斑点と明るい領域があり、惑星大気の特性を模倣した信号を生成します。 UdeM 博士課程の学生オリビア・リム氏が主導した系外惑星 TRAPPIST-1b とその恒星 TRAPPIST-1 の最近の研究では、星の表面でバーストまたはフレアが目撃され、観測に影響を及ぼしました。

惑星 HAT-P-18b の場合、ウェッブは、ちょうどその恒星 HAT-P-18 の暗い点を通過する瞬間に系外惑星を捉えました。これはスポットクロッシングイベントとして知られており、その影響は新しい研究によって収集されたデータで明らかです。 iREx チームはまた、HAT-P-18 の表面には系外惑星によって隠されていない他の多くの恒星斑点があることも報告しました。

系外惑星の大気の組成を正確に決定するには、研究者は、惑星の大気とその星の特殊性を同時にモデル化する必要があります。彼らは研究の中で、ウェッブ望遠鏡の可能性を最大限に発揮するためには、この考慮が将来のウェッブ望遠鏡による系外惑星観測にとって重要であると指摘しています。

「恒星の汚染を説明すると、もやではなくフレアや雲の存在が暗示され、回収される水蒸気量はほぼ一桁低いことがわかりました」と筆頭著者のマリールー・フルニエ＝トンドロー氏は述べた。したがって、システムのホストスターを考慮すると、大きな違いが生じます。実際、カナダの近赤外線イメージャおよびシームレス分光器 (NIRISS) 装置のおかげで、霞と星の斑点を明確に区別することができたのはこれが初めてです。NIRISS 装置は、可視光の領域にまで及ぶより広い波長範囲を備えています。 」

高温大気中の H2O、CO2、雲

HAT-P-18 系の系外惑星と恒星をモデル化した後、iREx の天文学者は HAT-P-18b の大気組成の詳細な分析を実施しました。系外惑星が主星を通過する際に大気中の光を検出することで、研究者らは水蒸気（H2O）と二酸化炭素（CO2）の存在を発見した。

研究者らはまた、ナトリウムが存在する可能性を検出し、HAT-P-18bの大気中に雲の強い兆候を観察したが、これはこれらの分子の多くからの信号を弱めているようだ。彼らはまた、この星の表面は多くの暗い斑点で覆われており、データの解釈に重大な影響を与える可能性があると結論付けた。

ジョンズ・ホプキンス大学のチームによるJWSTの同じデータの以前の分析でも、水と二酸化炭素が明確に検出されたことが示されたが、空高くに「ヘイジー」粒子と呼ばれる小さな粒子が検出され、メタン（CH4）の明らかな兆候が見つかったことも報告されている。 iREx の天文学者は別のイメージを描きます。

CH4 の検出は確認されず、彼らが測定した水の存在量は以前に発見されたものより 10 分の 1 でした。彼らはまた、これまでの研究で見られた曇りが星の表面の星の斑点によって引き起こされている可能性があることも発見し、解析において星を考慮することの重要性を強調した。

系外惑星は生命を維持できるのでしょうか?ありそうもない。水、二酸化炭素、メタンなどの分子は、特定の割合で、または他の分子と組み合わせて、バイオシグネチャーまたは生命の兆候として解釈される可能性がありますが、HAT-P-18b の摂氏 600 度近い灼熱の温度は、この惑星の居住可能性にとって良い前兆ではありません。

JWST のもう 1 つの機器である近赤外分光器 (NIRSpec) による将来の観測は、二酸化炭素の検出などのチームの結果を改良するのに役立ち、この熱い土星の系外惑星の複雑さについてのより多くの情報を提供することが期待されています。

コンパイルされたソース: ScitechDaily