系外惑星WASP-121bの完全周回観測で二重のヘリウム尾が確認される

モン・ロワイヤル大学のトロティエ系外惑星研究所（iREx）とジュネーブ大学の研究者らが、地球から約858光年離れたぽつんと存在する「超高温木星」系外惑星WASP-121bの大気蒸発プロセスについて、詳細なモニタリングを完了しました。この調査により、惑星から伸びる二つのヘリウムの尾という特異な構造が明らかになりました。この成果は2025年12月8日付の学術誌『Nature Communications』で発表されており、2025年後半に実施された継続的な観測に基づいています。

研究チームは、この大気損失の過程を解明するため、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）のNIRISS観測装置を用い、惑星の完全な公転周期にわたる約37時間にわたる連続観測を実施しました。この緻密な観測により、惑星の大気喪失が公転全体を通じて捉えられたのです。この手法は、これまでトランジット（惑星が恒星の手前を通過する現象）の短時間にしか捉えられなかった大気蒸発現象を、時間軸に沿って詳細に描き出すことを可能にしました。

WASP-121bは、公転周期がわずか30時間という極端な軌道を持ち、大気温度は約2300度摂氏（4200度華氏）に達する過酷な環境下にあります。この灼熱の環境が、水素やヘリウムといった軽いガスを宇宙空間へと蒸発させており、惑星のサイズ、組成、そして長期的な進化に影響を及ぼしています。モン・ロワイヤル大学の主任研究員であるロメイン・アラール氏は、今回の観測を系外惑星科学における新たな基準設定と評価しています。これは、これまで断片的にしか捉えられていなかった大気蒸発の様子を、最も詳細に捉えた事例となりました。

最も注目すべき発見は、蒸発するヘリウムが単一の尾ではなく、惑星の軌道の半分以上にわたって伸びる二つの巨大な尾を形成している点です。一つの尾は、恒星からの放射圧と恒星風によって惑星の後方に押し流されています。対照的に、もう一つの尾は、恒星の重力に引き寄せられているのか、惑星の前方に伸びていると推測されています。これらの二重の尾は、惑星の直径の100倍以上も長く、既存の大気モデルでは説明が困難な複雑な三次元構造を示しています。ジュネーブ大学のチームメンバーであるヴァンサン・ブーリエ氏は、この観測結果が数値モデルの限界を示しており、惑星進化を理解するためには新たな物理メカニズムの探求が必要だと指摘しました。

この発見は、惑星進化に関するより広範な問い、特にこのような質量損失のメカニズムが、ガス状の巨大惑星を海王星のような小型惑星、あるいは外層を完全に剥ぎ取られた岩石質の核へと変容させ得るのかどうかを理解する上で極めて重要です。WASP-121bは、親星への極端な近接性ゆえに、蒸発した金属の雲やルビー、サファイアの降水といった特異な特徴を持つことで以前から知られていました。今回の連続観測により、ヘリウムの吸収検出において新たな記録が樹立され、惑星の軌道の約60%をカバーしました。これは、JWSTの感度が、遠方の惑星の大気ダイナミクスを長期間にわたって詳細にマッピングできる能力を実証しています。

本研究には、ジュネーブ大学（UNIGE）、スイス国立科学研究センターPlanetS、モン・ロワイヤル大学（UdeM）のトロティエ系外惑星研究所（iREx）からの天文学者が参加しました。ウォータールー大学のリサ・ダン教授は、データ解析におけるヘリウム信号の際立った明瞭さを評価しています。トランジットの短い瞬間にしか見えなかった現象が、今や大気蒸発のダイナミクスを理解する上での重要なマイルストーンとなりました。この観測は、二重尾の構造がWASP-121b特有のものなのか、それとも他の高温系外惑星にも広く見られる現象なのか、さらなる探求を促します。完全な公転周期にわたる動的プロセスの捕捉は、系外惑星科学における技術的な偉業と言えるでしょう。