これらの「スーパーパフ」惑星は綿菓子と同じ密度を持っています

新たな地球外惑星が発見されるたびに、奇妙な世界や惑星系の天文学的カタログは膨れ上がる。「ホット ジュピター」は、水星よりも主星の近くに集まっている。「周連星」惑星は、2 つの恒星を同時に周回する。1 つの「スーパー アース」は、非常に高温の水の層に覆われているため、液体としても気体としても同時に機能する。そして、約 12 個の惑星 (これまでに発見された数千個のうち) は、その巨大な大きさの割には信じられないほど軽い。

「密度が低いことはわかっていました」と、これらのかすかな世界を研究しているコロラド大学ボルダー校の大学院生、ジェシカ・リビー・ロバーツ氏はプレスリリースで述べた。「しかし、木星ほどの大きさの綿菓子のボールを想像すると、本当に密度が低いことがわかります。」

太陽系外惑星の研究者は、これらの軽量惑星を「スーパーパフ」と呼んでいます。平均密度が極めて低く、1立方センチメートルあたり1グラムの10分の1未満であるためです。これは綿菓子の密度とほぼ同じで、ガス惑星である木星の12倍以上空気が多いです。この空気の多さは、岩石惑星やほとんどのガス惑星の大気よりもはるかに遠くまで膨らんだ大気が広がっていることに起因している可能性があります。しかし、この余分な綿毛は、惑星形成の理論にとって問題を引き起こします。2016年の提案では、そのような世界は太陽から遠く離れた氷の領域で誕生し、そこではより低い気温によって特大の大気の蓄積が加速され、その後、現在の候補が観測されている場所まで内側に移動したと示唆されました。現在、 The Astronomical Journalにまもなく掲載される最近の研究では、ハッブル宇宙望遠鏡の新しい観測を使用して、その理論の1つの予測、つまり、形成中に蓄積された氷が現在も大気中に水として残っているはずだということを確認しています。しかし、その探求は不十分で、ふわふわした世界の再解釈を余儀なくされました。

「水が見つかると期待していたが、分子の痕跡は何も観察できなかった」とリビー・ロバーツ氏は言う。「何が起こっているのかを突き止めようと必死になったのは間違いない」

研究者らはハッブル宇宙望遠鏡をケプラー51の星に向け、この星系の3つのスーパーパフのうち2つが交互にその前を通過したとき、その結果生じたさまざまな色の光の暗転を記録した。水などのさまざまな分子は光をさまざまな方法で遮るため、特定の波長で惑星を見たときに大きく見えたり小さく見えたりする場合、天文学者はその大気の分子成分を推測できる。

しかし、ケプラー 51 のスーパー パフ デュオは、ハッブルの観測では毎回同じように見えました。この単調さは、惑星の膨大な大気が乾燥した水素とヘリウムのみで満たされていることを示している可能性がありますが、この結論は、そのような世界が形成される方法と矛盾します。研究者はむしろ、厚い灰色の雲が惑星を覆っていると示唆しています。その雲は、探している水の痕跡を含む可能性のある下層からのより多様な光をハッブルに届かせないようにブロックする可能性があります。リビー ロバーツは、この雲の覆いを、黄色いもやに完全に包まれている土星の衛星タイタンに例えています。

「メタンに紫外線を当てると、もやが発生します」とリビー・ロバーツ氏は言う。「一言で言えば、それがタイタンです。」

もしスーパーパフが見た目通り本当にキャンディのようなものであれば（質量測定の誤差があれば謎は別の形で解けるだろうと著者らは指摘している）、それらは永遠にフワフワしたままではないだろう。ケプラーの世界は主星に非常に近い軌道を回っているため、主星のエネルギーによって毎秒何十億トンものフワフワした物質が宇宙空間に吹き出されているに違いないと、研究者らはモデルを使って計算した。この速度でいけば、惑星の1つは50億年ほどで自然に成熟し、より一般的なタイプの太陽系外惑星「サブネプチューン」になる。もう1つは通常は軽いままだが、スーパーパフの状態は失われる。研究者らは、ケプラー51系はミニネプチューンと特大の地球が「10代」の頃（惑星の場合、誕生後約10億年を指す）のスナップショットかもしれないと書いている。

あるいは、この種の惑星は単なる甘い夢なのかもしれないと考える研究者もいる。今年初め、2016年のパフボール形成理論の立役者は、惑星が塵の雲を吐き出し、見かけの大きさを誇張している可能性を提起した。あるいは、惑星が恒星の前を通過するときにハッブル望遠鏡や他の望遠鏡で観測される長い沈みは、土星のような環に由来している可能性があり、同様に惑星の実際の大きさを誇張するだろう。別のチームが11月にこの理論を検討し、この理論はこれらの謎の惑星の一部に一致するが、他の惑星には一致しないことを発見した。

ふわふわした世界をより深く探るため、研究者たちは来たるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の登場を待っている。現在2021年に予定されている打ち上げ後、この望遠鏡の鋭い目は、ケプラー51や類似の主星の暗くなる様子を詳細に捉え、異星のリング世界、塵の流れ、超巨大ガス雲を区別できるようになるはずだ。