死んだ恒星を周回する新しく発見された惑星は、地球の未来を垣間見せてくれる

天文学者のチームが、白色矮星として知られる死んだ恒星の残骸と、木星に似た太陽系外惑星の残存物を発見した。

研究チームはマイクロレンズ法と呼ばれる手法を使用した。これは、天文学者が地球から見て2つの星が完全に一直線になるのを待ち、遠くの星からの光が近くの星の重力によってどのように曲げられるかを観察する手法である。

白色矮星は核燃料を燃やさなくなったため、徐々に冷えていく小さな恒星です。太陽のような恒星は死期が近づくと膨張して赤色巨星となり、その後外層を放出して小さくて密度の高い核だけが残ります。これが白色矮星です。この残骸は「約80億年後に太陽系に起こると考えられること」を表しています、と研究を率いたタスマニア大学の天文学者ジョシュア・ブラックマン氏は言います。この研究結果はネイチャー誌に掲載されました。

ブラックマン氏は、太陽が赤色巨星に成長すると、白色矮星に縮小する前に「途中で水星と金星、そしておそらく地球も消滅するだろう」と語る。

マイクロレンズ法では、星を通過した光がどのように歪んだかを調べる必要がある。星が通過する光をどのように変えたかを調べることで、天文学者は「システムの形状」を解明し、星の質量や、場合によってはその周りを回る太陽系外惑星について知ることができるとブラックマン氏は言う。

これは測定を行う間接的な方法だが、「研究チームは非常に徹底した分析を行った」ため、研究は説得力があったと、アリゾナ大学の天文学者で惑星科学者のダニエル・アパイ氏は語る。アパイ氏はこの研究には関わっていない。アパイ氏はNASAの太陽系外惑星研究プロジェクト「Alien Earths」の責任者である。

2010年に行われたマイクロレンズ効果には望遠鏡のネットワークが必要だったが、そのデータから恒星とその太陽系外惑星の質量はわかったものの、直接的な画像は得られなかった。そこでチームは数年後、世界最大級の光学望遠鏡を備えたハワイのケック天文台で恒星そのものの観測を試みた。チームは、マイクロレンズ効果を可能にした合が終わり、2つの恒星が空で十分に離れて、それぞれの明るさや大きさをはっきり観察できるようになるまで待たなければならなかった。

研究チームはマイクロレンズデータから「木星程度の質量の惑星と恒星が存在するという非常に強い兆候」を得たとブラックマン氏は言う。しかし困惑したのは、ケック天文台を使っても恒星を見つけることができなかったことだ。

その望遠鏡は、その距離にある一般的な星なら何でも観測できるほど強力だったはずだ。結局、星を検出できなかったのは機器の故障ではなく、単に星が暗すぎて見えなかっただけだと分かった。そうなると、説明できるのはわずかしか残らなかった。

「それは白色矮星、ブラックホール、または中性子星のいずれかである可能性があります」とブラックマン氏は言う。しかし、マイクロレンズ観測では、その物体は太陽の質量よりも小さいはずであり、ブラックホールや中性子星がそれほど小さく形成される方法は知られていないため、白色矮星が断然最良の説明であると同氏は言う。

ブラックマン氏によると、将来的にはハッブル宇宙望遠鏡かジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で白色矮星を直接観測したいと研究チームは考えている。どちらも「空の十分深いところまで見ることができるので、白色矮星からの光を直接見ることができる」という。

しかし、白色矮星の周りの惑星を発見することがなぜ特別なのでしょうか?

まず、これは珍しいことだ。ブラックマン氏によると、白色矮星の発見にマイクロレンズ法が使われたのは今回が初めてであり、太陽系外惑星とともに発見された白色矮星はこれが5例目だという。

そして、我々の未来を垣間見る窓として、他の白色矮星はどれも説得力のある太陽の代役にはならない。太陽系外惑星のうち2つは白色矮星に非常に近い。水星が太陽の周りを回る距離のほんの一部に過ぎないとブラックマン氏は言う。天文学者たちはそれらの惑星がどのようにしてそこにたどり着いたのかは知らないが、我々の惑星は太陽とそれほど親密ではない。

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もう一つの太陽系外惑星は白色矮星とパルサー、つまり脈動する中性子星を周回している。素晴らしいが、私たちの家のすぐ近くにあるものではない。最後の惑星は白色矮星から非常に遠くを周回しており、天文学者たちはそれがそもそもその星に属しているかどうかさえ確信が持てないほどなので、どれもよく一致しない、とブラックマン氏は言う。

ブラックマン氏のチームが発見した系は、木星より約 40 パーセント大きいガス巨星を持つ孤立星で、木星とほぼ同じ軌道を回っている。この惑星は、恒星の死後も「ほとんど影響を受けずに」生き延びたようだとブラックマン氏は言う。この発見は、太陽の死後も外惑星が生き延びる可能性があるという考えを裏付ける最初の具体的な証拠である。

「木星と土星は（太陽の死後）生き残ると予想されていますが、そうであるという直接的な証拠はありませんでした」とブラックマン氏は言う。80億年後に地球がまだ破壊されていない場合、「地球は溶岩湖でいっぱいになり、非常に住みにくい場所になるでしょう。」

この白色矮星の発見は一種の試験運用であり、「マイクロレンズ法を用いた白色矮星惑星の初めての発見だ」と彼は言う。しかし、2020年代半ばに計画されているローマ宇宙望遠鏡によって、科学者たちは数百もの白色矮星を発見できると期待している。