太陽系外惑星の17年間の旅をわずか10秒で見る

地球が恒星（太陽）の周りを一周するのに365日かかるのに対し、太陽系外惑星ベータ・ピカトリスbが恒星を一周するのには地球の23.6年かかる。現在、ノースウェスタン大学の天体物理学者で太陽系外惑星撮影者が、17年間の映像を使って、この巨大惑星が恒星の周りをほぼ一周するタイムラプス動画を作成した。

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がか座ベータ星bは、ガス巨星木星の12倍の質量を持つ巨大な惑星です。地球から約63光年離れた、がか座にあります。この巨大な惑星は、地球と太陽の距離の約10倍も主星から遠く離れており、がか座ベータ星bは太陽の約1.75倍の質量と8.7倍の明るさを持っています。

天体物理学者のジェイソン・ワン氏は、2003年から2020年の間に収集されたリアルタイム映像を使用し、17年に及ぶ旅を10秒間に凝縮し、がか座ベータ星bが恒星の周りを1周する軌道の約75％を周回する様子を示した。

「軌道全体を観測するには、あと6年間のデータが必要です」と王氏は声明で述べた。「もうすぐそこです。忍耐が鍵です。」

この非常に若い惑星は、わずか2000万〜2600万歳で、2003年に初めて撮影されました。当時、その大きさと明るさのおかげで、銀河の他の太陽系外惑星に比べて発見しやすかったです。

「非常に明るい」と王氏は言う。「だからこそ、この惑星は発見され、直接撮影された最初の太陽系外惑星の一つなのだ。非常に大きいため、惑星と褐色矮星の境界に位置し、褐色矮星は惑星よりも質量が大きい」

ワン氏は、まず、がか座ベータ星bの5年間の周回を撮影したタイムラプス映像を初めて作成した。同氏は、地元の高校生マラキ・ノエル氏と協力し、AI駆動の画像処理技術を使用して、ジェミニ天文台のジェミニ惑星イメージャーとヨーロッパ南天天文台のNACOおよびSPHERE機器からのアーカイブ画像データを統一的に分析した。

「長期間にわたる観測のため、データセットには多様性があり、画像処理を頻繁に調整する必要がありました」とノエル氏は声明で述べた。「データを扱うのは本当に楽しかったです。確かなことはまだわかりませんが、天体物理学は間違いなく私が真剣に考えているキャリアパスです。」

データが均一に処理された後、王氏はモーション補間と呼ばれるアルゴリズム技術を使用してギャップを埋め、連続したビデオを作成した。これにより、太陽系外惑星が宇宙を周回する様子がより滑らかに見えるようになった。

「画像をただ組み合わせるだけでは、17年間毎日継続して観測したわけではないので、ビデオは非常に不安定に見えます」とワン氏は言う。「アルゴリズムがその不安定さを平滑化するため、毎日観測していたら惑星がどのように見えるかを想像することができます。」

王氏は、このビデオを組み立てるために適応光学と呼ばれる技術を使用した。この技術は、地球の大気によって引き起こされる画像のぼやけを補正し、この星系の中心にある恒星のまぶしさを抑えるのにも役立った。この恒星のまぶしさは依然として非常に強く、近づきすぎるとがか座β星bよりも明るくなる。

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王氏は、太陽系外惑星の動画が視聴者に惑星の動きをユニークな視点で見せ、宇宙の内部の仕組みを示してくれることを期待している。

「科学では、抽象的な概念や数式を使うことが多い」とワン氏は言う。「しかし、映画のように自分の目で見ることができるものは、グラフ上のプロットを見るだけでは得られない、物理学に対する直感的な理解を与えてくれる」