JWSTが確認したパルサー周りの系外惑星、炭素優位の大気が特徴

NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の観測データに基づき、研究者らは系外惑星PSR J2322-2650bの存在を確定しました。この惑星の大気組成は、既存の惑星形成モデルから見ると異例中の異例です。この発見の詳細を記した論文は、2025年12月に『The Astrophysical Journal Letters』誌への掲載が決定しています。シカゴ大学のマイケル・チャン氏が筆頭著者として率いたチームは、天文学において前例のない惑星大気タイプを捉えたと述べています。この偉業は、地球から数百万マイル離れた安定した軌道上で稼働するJWSTの比類なき赤外線感度によって初めて可能となりました。

PSR J2322-2650bは、太陽とほぼ同等の質量を持つものの、都市ほどのサイズしかない中性子星（パルサー）の周囲を公転しています。この惑星は、パルサーからわずか約100万マイルという極端に近い距離に位置しています。パルサーの強大な重力の影響により、木星並みの質量を持つこの天体はレモンのような形に変形させられています。公転周期はわずか7.8時間であり、その近接性が際立ちます。パルサーが放出する主にガンマ線やその他の高エネルギー粒子からなる強力な放射線も、ウェッブ望遠鏡の赤外線検出器の観測を妨げることなく、公転軌道全体にわたる明確なスペクトル追跡を可能にしました。

ウェッブによるデータ解析の結果、大気はヘリウムに加え、炭素化合物であるC3およびC2が優勢であることが判明しました。これは前代未聞の観測事実です。これまで調査された約150の系外惑星の大気の中で、検出可能な分子状炭素を含むものは他に例がありません。表面温度が摂氏2000度を超えるにもかかわらず、酸素や窒素が欠乏しているこの組成は極めて特異です。惑星の幾何学形状をモデル化したスタンフォード大学のマヤ・ベレズナイ氏は、このような構造が詳細な分析にとって非常に「純粋な」スペクトルを提供している点を強調しました。

研究チームは、惑星内部の極度の圧力が、炭素をダイヤモンド状の物質へと圧縮している可能性を仮説としています。チャン氏は、この化学構造が惑星形成論に疑問を投げかけていると指摘しました。これほど炭素が豊富に存在する組成が、既知のメカニズムでは説明しがたいほど豊かにどのように形成されたのかを理解するのは困難だからです。この系は「ブラックウィドウ」連星系に分類されますが、チャン氏は、PSR J2322-2650bが恒星の物質放出の結果として形成される標準的なシナリオには当てはまらないと主張しました。なぜなら、核物理学では純粋な炭素が生成されないためです。スタンフォード大学のロジャー・ロマーニ氏は、内部での炭素と酸素の結晶化が起こり、その結果として純粋な炭素が表面に浮上するという理論を提唱しました。

チリのジェミニ・サウス望遠鏡を用いた先行研究により、この天体が発見されていました。これは、パルサーが伴星を徐々に吸収している「ブラックウィドウ」系の一部です。2025年1月に鈴木ポスドクフェローシップを受賞したマイケル・チャン氏は、以前シカゴ大学でJWSTデータの解析に携わっていました。カーネギー科学研究所地球惑星研究所のピーター・ガオ氏を含む研究者たちは、得られたデータに対するチームの反応を「一体これは何だ？」と表現しました。ミリ秒パルサーPSR J2322-2650の周りを公転する惑星の存在を裏付けたこの発見は、エキゾチックな世界の理解において新たな一章を開くものです。