ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、超高温の岩石系系外惑星TOI-561 bに濃密な大気の存在を検出

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が、岩石質の系外惑星TOI-561 bにかなりの大気が存在するという、極めて説得力のある証拠を捉えました。この観測結果は、恒星に非常に近い軌道を回る小型の惑星が、強烈な恒星放射のためにガス層を維持できないという、これまでの定説に一石を投じるものです。

TOI-561 bは「超高温スーパーアース」に分類され、2020年に初めて発見されました。推定では約100億年前に形成された、既知の惑星の中でも最も古い部類に入ります。この惑星は地球の約1.4倍の半径を持ち、公転周期が11時間未満と極めて短いため、超短周期惑星（USP）という稀なカテゴリーに属します。TOI-561 bが周回する恒星は、太陽よりも2～3倍古いオレンジ色の矮星であり、惑星はその恒星に極端に近接しています。この近さゆえに潮汐ロックが発生し、惑星の片面が常に恒星に向けられています。

カーネギー科学研究所地球惑星研究所のヨハンナ・テスケ氏が率いる研究チームは、JWSTの近赤外線分光器（NIRSpec）を用いて、惑星の昼側の温度を近赤外線の明るさから測定しました。もしTOI-561 bがむき出しの岩石であったなら、昼側の温度は約2700℃（4900°F）に達するはずでした。しかし、2024年5月に実施された観測では、予想よりも低い1800℃（3200°F）の温度が検出されました。この予期せぬ温度差は、熱を再分配する、揮発性物質に富んだかなりのガスの層が存在することで最もよく説明されます。

グローニンゲン大学の共同研究者であるティム・リヒテンベルグ氏は、この惑星を地球よりも揮発性物質を多く含む「濡れた溶岩の玉」のようだと示唆しています。この特異な性質、すなわち異常に低い密度は、小さな鉄の核と密度の低いケイ酸塩マントルといった内部組成だけでは説明がつきません。TOI-561の恒星は金属に乏しいため、この惑星が太陽系とは異なる化学的環境で形成されたことを示唆しています。科学者たちは、この組成が宇宙がまだ比較的若かった頃に形成された惑星の代表例である可能性があると考えています。

バーミンガム大学のアンジャリ・ピエット博士によれば、観測されたすべての現象を説明するためには大気の存在が不可欠であり、強力な風が熱を夜側へ運んでいる可能性があるとのことです。研究者たちは、ガスが放出され、また吸収されるマグマの海と大気との間に平衡状態が存在すると推測しています。研究チームは、JWSTによる37時間以上の観測データを活用し、熱の循環をマッピングし、大気の組成をさらに絞り込む予定です。この研究成果は学術誌『The Astrophysical Journal Letters』に掲載されました。共同研究者であるニコール・ウォーラック氏は、この発見が「超短周期惑星に関する確立された概念を覆すものだ」と述べています。