すばる望遠鏡の新しい系外惑星撮像装置と系外惑星を直接に探査するための新しいアイデアを組み合わせることにより、これまでより効率的に恒星を周回する新天体を発見することが可能になりました。そして、この手法による最初の超低質量天体HD 33632 Abが発見されました。この天体は既知の系外惑星と比較する上でも重要です。

すばる望遠鏡のSCExAO（スケックスエーオー）とCHARIS（カリス）は系外惑星や恒星まわりの円盤を観測するための最新鋭装置です。SCExAOは、あたかもすばる望遠鏡を大気の揺らぎのない宇宙に打ち上げたようなシャープな星像を作る極限的な補償光学系、CHARISは天空の微小な面の各点のスペクトルを一度に取得できる面分光の機能を持ちます。この両者を組み合わせることによって、これまでにない高いコントラストで天体を撮像し、同時にそのスペクトルを観測することが可能になります。このシステムは約2年間にわたってすばる望遠鏡で調整を進められ、いくつかの天体の観測で既に成果を挙げてきました（注1）。今回、国立天文台やアストロバイオロジーセンターの研究者を含む国際研究チームにより、この新システムによって超低質量天体（褐色矮星；注2）HD 33632 Abが新たに発見されました（図1）。HD 33632 Abは、年齢は15億年と太陽よりは多少若いものの、それ以外の特徴は我々の太陽と似ている恒星を周回しています。ぎょしゃ座の方向、地球から86光年の距離にあります。

SCExAOとCHARISによる観測は2018年10月に行われ、その一ヶ月後にケック望遠鏡でも観測が行なわれました。その結果、恒星（中心星）から20天文単位しか離れていない距離に、HD 33632 Abが見つかりました。そして、COVID-19の影響を受けつつも、2020年8月31日と9月1日に、さらに時間をかけて追試観測が行われました。これにより、HD 33632 Abが単なる背景星ではなく、その主星に重力的に束縛された新天体であることが証明できました。CHARISにより得られたHD 33632 Abのスペクトルはいくつかの山と谷からなる形をしています（図2左）。これはHD 33632 Abの大気中に存在する水や一酸化炭素のガスによるものです。

「新装置によって得られた非常にシャープな画像のおかげで、HD 33632 Abが発見されただけでなく、天球上での正確な位置や天体の大気の性質を解明するためのスペクトルまで得られました」と、NASAエームズ研究所に所属し、ハワイ観測所を併任する本研究の主著者のセイン・キュリー博士は語ります。

HD 33632 Abの発見には、これまでの系外惑星直接探査の問題であった検出率の低さを克服するための新しいアプローチが利用されました。恒星を周回する惑星や褐色矮星は、その重力により微小ながらも中心星を周期的にふらつかせます。2013年に打ち上げられた位置天文観測衛星ガイアによって、中心星の運動を、天球面上の位置の変化として測ることが可能になりました。本研究チームは、ガイアのデータを利用して、軌道半径の大きな惑星や褐色矮星を伴っていそうな恒星を選び出し、直接観測による探査を進めています。HD 33632 Abの検出はまさに、このアプローチが効果的であることを証明したといえます。

「HD 33632 Abは、天球面上での星のふらつきを目当てにして発見した最初の褐色矮星です。これまでの褐色矮星探しは運試しのようなものでしたが、今回は勝算の高い探査が可能になりました」と、ガイアデータに詳しい共同研究者のティモシー・ブラント博士（カリフォルニア大学・サンタバーバラ校助教授）が語ります。

ガイアなどで観測された中心星の運動と、すばる望遠鏡/ケック望遠鏡で観測されたHD 33632 Abの位置の変化から、HD 33632 Abの軌道を解析した結果（図2右）、ケプラーの法則によるHD 33632 Abの力学的な質量は、木星の約46倍と見積もられました。惑星と褐色矮星を区別する際に、通常その質量が木星の13-14倍以下である場合は惑星と呼んでいます。HD 33632 Abの質量はこの境界値よりも大きく褐色矮星の範囲になりますが、軌道の離心率は低く、これまで直接撮像で発見された惑星と同様の傾向を示します。

2008-2010年に最初に撮像され、直接撮像で最も詳しく調べられている惑星系であるHR 8799の系外惑星を理解するために、HD 33632 Abは重要な天体になるでしょう。年齢4千万年のHR 8799に対し、HD 33632はずっと年老いています。しかし、質量が大きく表面重力も大きいので、HD 33632 Abの表面温度はHR 8799の惑星とほぼ同じになります(注3)。一方、HD 33632 Abの質量は力学的に良く決定され、HR 8799の惑星の質量もいろいろな手法で制限が付いています。つまり、HD 33632 AbとHR 8799の惑星は、異なる年齢や重力のため温度が違う超低質量星（惑星や褐色矮星）の大気の違いを理解するために最適な天体と言えるでしょう。

「HR8799系のような系外惑星の大気はモデル化が難しいことで有名で、厚い雲のような特異な性質を持っていると考えられています。今回の新天体は、このような複雑な系外惑星の大気を理解するためにも重要です」とキュリー博士は述べています。

これまでの直接撮像の探査による惑星と褐色矮星の検出率は、数パーセント程度と非常に低いものでした（注4）。本研究チームは、位置天文観測衛星のデータを利用した新しい手法で探査観測を行なっています。この探査はまだ始まったばかりですが、研究チームはすでに複数の新しい有望な候補を見つけており、過去の探査観測よりも高い頻度で惑星と褐色矮星を発見できると期待しています。

「この新装置による観測は、すばる望遠鏡でAO188とHiCIAO装置を用いて成功したSEEDSの発見をさらに拡大するでしょう。SCExAOとCHARISのコンビによって、すばる望遠鏡は系外惑星と褐色矮星の直接観測の最先端にとどまり続けるでしょう」と共同研究者の田村元秀教授（東京大学/アストロバイオロジーセンター）と葛原昌幸特任助教（アストロバイオロジーセンター）はSCExAO/CHARISへの期待を語っています。

本研究成果は、米国の天体物理学誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』(2020年11月30日付) に掲載されました (Currie et al., “SCExAO/CHARIS Direct Imaging Discovery of a 20 au Separation, Low-Mass Ratio Brown Dwarf Companion to an Accelerating Sun-like Star“)。

(注１) SCExAO と CHARIS による研究成果として、原始惑星系円盤の観測 「すばる望遠鏡が写し出す、惑星が隠れた若い惑星系の姿」などがあります。

(注２) 褐色矮星は、その質量が軽すぎるために恒星になれなかった星です。

(注３) 木星のような巨大惑星の場合、一般的に若い惑星の方が温度は高いことが期待されます。また惑星よりも質量の大きな褐色矮星の方が温度が高いと考えられます。HR 8799の惑星は若いため、より質量の大きな褐色矮星であるHD 33632Abに近い温度をしていると考えられます。

(注４) 過去の直接撮像探査としては、すばる望遠鏡のSEEDSプロジェクトや、共にチリにある Gemini (ジェミニ) 望遠鏡の GPI (ジーパイ) や VLT (ブイエルティー) の SPHERE (スフィア) による観測などがありますが、これらの探査による惑星と褐色矮星の伴星の検出率は数パーセント程度でした。

関連リンク

すばる望遠鏡　プレスリリース

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ABCプロジェクト公募の成果がリリースされました！

概要：

人間の遺伝情報を担うデオキシリボ核酸（DNA）は直線にすると約2メートルになりますが、タンパク質に巻き付けることによって約100万分の1に圧縮されて細胞内に納まっています。こうしたDNAとタンパク質の相互作用は「生命の起源」にも深く関与していた可能性があります。

牛乳にレモン果汁を加えるとヨーグルト状の固まりができるように、タンパク質をある種の化学物質と混ぜると自発的に複雑な挙動を示すことがあります。東京工業大学地球生命研究所（ELSI）のFraccia博士とJia博士は、塩分濃度や温度などの環境条件を変えることで2本鎖DNAとタンパク質から様々な液晶構造が作られることを明らかにしました。DNAとタンパク質が凝集して自己組織化により形成する液滴「液晶コアセルベート」は固相の安定性と液相の機能性を併せ持ち、生命の起源となる生体分子の成長と進化に関与したと考えられます。

リリース詳細は東京工業大学ELSIのリリースをご参照ください。

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発表のポイント：

• 公転周期が19時間しかない超高温・超短周期の海王星型惑星LTT 9779 bを発見した
• LTT 9779 bは、これまで海王星型惑星が発見されていなかった「海王星砂漠」と呼ばれる超短周期の軌道で発見された
• この惑星は、超高温となった海王星型惑星の大気を調べる絶好の観測ターゲットとなる

概要：

　アストロバイオロジーセンター・東京大学大学院の成田憲保教授、アストロバイオロジーセンター・東京大学大学院の田村元秀教授らの参加する国際研究チームは、NASAが打ち上げたトランジット惑星探索衛星TESSと地上望遠鏡の連携した観測により、公転周期が19時間しかなく、惑星の温度が摂氏1,700度を超えると見込まれる超高温・超短周期の海王星型惑星LTT 9779 bを発見しました。

　LTT 9779 bは、半径は地球の約4.7倍、質量は地球の約29倍で、海王星をやや大きくしたような系外惑星です。2020年までに4,000個を超える系外惑星が発見されてきましたが、これまで公転周期が1日未満の海王星型惑星が発見されたことはなく、そのような超短周期の軌道は「海王星砂漠」とも呼ばれていました。今回発見されたLTT 9779 bは、海王星砂漠で初めて発見された海王星型惑星です。LTT 9779 bは、超高温となった海王星型惑星がどのような性質の大気を持つのか、また、どのように生まれたのかを詳しく調べる絶好の観測ターゲットになります。

　本研究成果は2020年9月21日(英国夏時間)、国際科学雑誌「Nature Astronomy」にオンライン掲載されました。

発表内容：

　現在までに、太陽以外の恒星を公転する系外惑星が4,000個以上発見されています。系外惑星の軌道はとても多様であることがわかってきており、公転周期が1日未満という超短周期の軌道にも惑星が発見されています。しかし、そのような超短周期の軌道には地球サイズの惑星と木星サイズの惑星は発見されていましたが、海王星サイズの惑星はこれまで発見されていませんでした。そのため、この超短周期の軌道は「海王星砂漠」とも呼ばれていました。

　そのような状況のもと、NASAは惑星が主星の前を通過する「トランジット」（注1）という現象を使ってほぼ全天で系外惑星を探すトランジット惑星探索衛星TESS（Transiting Exoplanet Survey Satellite：注2）を、2018年4月に打ち上げました。TESSは4台の超広視野カメラで一度に24度×96度の領域（セクターと呼ばれる）を観測します。TESSは各セクターを27.4日ずつ観測し、約2年をかけて計26セクターで空のほぼ全ての領域を順次観測して、あらゆる方向のトランジット惑星を探査しています。

　LTT 9779 bは、TESSのセクター2の観測で新しいトランジット惑星候補として発見されました。ここでトランジット惑星候補と言っているのは、TESSで発見されたのが惑星ではなく、恒星同士が周期的に食を起こす食連星という天体である可能性があるためです。そのため、TESSで発見されたトランジット惑星候補は、地上望遠鏡などによる追加の観測によって本物の惑星かどうかを検証する必要があります。そこで本研究チームは、世界各地の望遠鏡で追加の観測を行い、特に日本のチームは、南アフリカにあるIRSF（InfraRed Survey Facility）1.4m望遠鏡（注3）でこの追加の観測を行いました。その結果、LTT 9779 bが本物の惑星であり、半径は地球の約4.7倍、質量は地球の約29倍で、海王星をやや大きくしたような系外惑星であることを突き止めました。惑星の密度から、この惑星は地球の2~3倍程度の質量に相当する水素を主成分とした大気を持つと推定されています。

　LTT 9779 bは、太陽からおよそ260光年離れたところにある、年齢約20億歳の恒星LTT 9779のまわりのすぐそば（0.017天文単位、水星軌道の約1/23）を、わずか約19時間で公転しています。LTT 9779は表面温度が摂氏5200度（太陽より300度ほど温度が低い）で、そのすぐそばを公転しているLTT 9779 bの表面温度は摂氏1,700度を超えると見込まれています。私たちの太陽系の海王星は公転周期が約165年で、表面温度は摂氏マイナス200度以下ですが、その極低温の世界とは真逆の「極高温の海王星」です。

　これまでに発見された系外惑星では、公転周期1日未満の軌道にも、地球の半径の2倍程度より小さな惑星や木星（地球の約11倍の半径）くらいの巨大な惑星は発見されていました。しかし、海王星（地球の約4倍の半径）くらいの中間の大きさの惑星は発見されていませんでした。LTT 9779 bはこの「海王星砂漠」と呼ばれる中間の領域で発見されました（図1参照）。

　従来の観測結果は、理論的には以下のように説明されてきました。すなわち、公転周期1日未満の超短周期の軌道では、水素を主成分とした惑星大気が惑星の重力の束縛を抜け出して主星に流れ込んでしまうことと、恒星からの強烈なX線や紫外線によって水素の大気が吹き飛ばされてしまうことが予想されています。このため、十分に重力が強く大量の水素の大気を保持できる木星型惑星か、水素の大気を全て失ってしまった地球型惑星しかこのような超短周期の軌道には存在できないというものです。

　しかし、今回のLTT 9779 bの発見は、この従来の理論と矛盾するものです。ひとつの考えられる可能性は、LTT 9779 bは恒星が誕生してすぐにこの軌道にやってきたのではなく、他の惑星に弾き飛ばされるなどして比較的最近この軌道に移動してきた惑星であり、今後、水素の大気を失って地球型惑星へと進化していく過程にあるというものです。

　この仮説を観測によって検証するためには、これからLTT 9779 bの軌道や大気を詳しく調べて、この惑星が外から弾き飛ばされてきた証拠があるかどうかや、水素大気が惑星から散逸しているかどうかを調べる必要があります。LTT 9779 bは太陽系の近くにある明るい恒星を公転しているため、さらなる追観測の研究に適していると言えます。また、LTT 9779 bは超高温となった海王星型惑星の大気がどのような性質を持つのかを調べる絶好の実験場となるでしょう。

謝辞：

謝辞：

本研究は、以下の支援を受けています。
科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業 さきがけ 研究領域「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」における研究課題「多色同時撮像観測と高精度解析による第二の地球たちの探査」（研究者：成田 憲保、課題番号：JPMJPR1775）
科研費新学術領域「新しい星形成論によるパラダイムシフト：銀河系におけるハビタブル惑星系の開拓史解明」・計画研究「赤外線による若い惑星とハビタブル惑星の観測の新機軸」（研究代表者：田村元秀）

発表雑誌：

雑誌名：Nature Astronomy

論文タイトル: “An Ultra Hot Neptune in the Neptune Desert”

著者(*が責任著者)：

James Jenkins*, Matías Díaz, Nicolas Kurtovic, Nestor Espinoza, Jose Vines, Pablo Peña Rojas, Rafael Brahm, Pascal Torres Miranda, Pia Cortes-Zuleta, Maritza Soto, Eric Lopez, George King, Peter Wheatley, Joshua Winn, David Ciardi, George Ricker, Roland Vanderspek, David Latham, Sara Seager, Jon Jenkins, Charles Beichman, Allyson Bieryla, Christopher Burke, Jessie Christiansen, Christopher Hense, Todd Klaus, Sean McCauliff, Mayuko Mori, Norio Narita, Taku Nishiumi, Motohide Tamura, Jerome de Leon, Samuel Quinn, Jesus Noel Villasenor, Michael Vezie, Jack Lissauer, Karen Collins, Kevin Collins, Giovanni Isopi, Franco Mallia, Andrea Ercolino, Cristobal Petrovich, Andres Jordan, Jack Acton, David Armstrong, Daniel Bayliss, Francois Bouchy, Claudia Belardi, Edward Bryant, Matthew Burleigh, Juan Cabrera, Sarah Casewell, Alexander Chaushev, Benjamin Cooke, Philip Eigmüller, Anders Erikson, Emma Foxell, Boris Gänsicke, Samuel Gill, Edward Gillen, Maximilian Günther, Michael Goad, Matthew Hooton, James Jackman, Tom Louden, James McCormac, Maximiliano Moyano, Louise Nielsen, Don Pollacco, Didier Queloz, Heike Rauer, Liam Raynard, Alexis Smith, Rosanna Tilbrook, Ruth Titz-Weider, Oliver Turner, Stéphane Udry, Simon Walker, Christopher Watson, Richard West, Enric Palle, Carl Ziegler, Nicholas Law, Andrew Mann

DOI番号：10.1038/s41550-020-1142-z

アブストラクトURL：https://www.nature.com/articles/s41550-020-1142-z

用語解説：

注1：トランジット
恒星の前を惑星が通過する、いわゆる「食」の現象のこと。太陽系外惑星の軌道がたまたま主星の前を通過するような軌道の時に起こる。トランジットをする惑星を「トランジット惑星」と呼ぶ。

注2：トランジット惑星探索衛星TESS
マサチューセッツ工科大学が中心となって進めているNASAの衛星計画。2018年4月18日に打ち上げられ、2年間でほぼ全天のトランジット惑星を探索するという計画を実施してきた。2年間の観測で2,000個以上のトランジット惑星候補を発見している。現在は延長計画が認められ、3年目の観測が行われている。

注3：IRSF（InfraRed Survey Facility）1.4m望遠鏡
名古屋大学が南アフリカ共和国にある南アフリカ天文台サザーランド観測所に設置した1.4mの赤外線望遠鏡。赤外線の3つの波長帯（色）で同時に観測できる多色同時撮像カメラSIRIUSを搭載している。

関連リンク：

東京大学プレスリリース：超高温・超短周期の海王星型惑星を発見

科学技術振興機構プレスリリース：超高温・超短周期の海王星型惑星を発見

University of Warwick：The first Ultra Hot Neptune LTT 9779b is one of nature’s improbable planets

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発表のポイント：

• 宇宙望遠鏡と地上望遠鏡による多色トランジット観測（注1）により、恒星が寿命を迎え、燃え尽きた後に残され
• る「白色矮星」（注2）を周期1.4日で公転する初めての巨大惑星候補を発見した
• 白色矮星のそばでも惑星が破壊されずに存在している場合があることを実証した
• この無傷の惑星の発見は、白色矮星周りの生命居住可能惑星の存在可能性にも光を当てる

概要

アストロバイオロジーセンターの成田憲保客員教授（東京大学総合分科研究科附属先進科学研究機構教授）らの参加する国際研究チームは、2018年4月にNASAが打ち上げたトランジット惑星探索衛星TESS（注3）と、2020年1月に退役したNASAのSpitzer宇宙望遠鏡、そして成田客員教授らが開発した多色同時撮像カメラMuSCAT2（注4）などを用いた多色トランジット観測により、白色矮星を公転する初めての巨大惑星候補（※）を発見しました。

太陽系から約80光年の距離にある白色矮星WD1856+534（以下WD1856：注5）の周りを公転するこの天体WD1856 bは、周期1.4日で公転しており、半径はほぼ木星と同じで、質量は木星の約14倍以下であることがわかりました。白色矮星の周りでは、惑星が破壊された後の残骸と考えられる「微惑星」が公転している例はこれまでにも発見されてきましたが、破壊されていない無傷の巨大惑星候補が発見されたのは初めてとなります。今回の発見は、白色矮星のそばでも系外惑星が破壊されずに存在できることを初めて実証したことになります。

本研究成果は2020年9月17日（日本時間午前0時）、国際科学雑誌「Nature」にオンライン掲載されました。

※通常、木星の13倍以下の質量の天体を惑星と呼び、13倍を超える天体は褐色矮星と呼ぶため、褐色矮星の可能性もまだ残されているという意味で、本発表では巨大惑星候補と記載しています。

研究背景：

太陽の8倍程度より小さな質量を持つ恒星は、年老いて中心部での水素の核融合が終わると、水素でできた外層が地球の軌道あたりまで大きく膨らんだ「赤色巨星」という天体になります。そして最後に外層を放出し、後に残される「恒星の燃えかす」が白色矮星です。現在までに、太陽以外の恒星を公転する系外惑星は4,000個以上も発見されていますが、恒星が寿命を迎えた後に残る白色矮星の周りでは、惑星が破壊された後の残骸と考えられる微惑星が発見された例はあるものの、破壊されていない無傷のままの惑星はまだ発見されていませんでした。

研究内容：

現在、系外惑星の研究分野では、主に太陽系の近くにある恒星の周りの惑星を発見することを目指して、「トランジット」という現象を使いほぼ全天で系外惑星を探すNASAのトランジット惑星探索衛星TESS（Transiting Exoplanet Survey Satellite）による系外惑星探査が行われています。TESSは4台の超広視野カメラで24度×96度の領域（セクターと呼ばれる）を27.4日ずつ観測し、惑星が主星の前を通過する際に起きる周期的な減光（暗くなること）を探しています。

　TESSが2年目に行ったセクター19の観測で、研究チームは太陽系から約80光年のところにある白色矮星WD1856を含む領域（注6）の明るさが、約1.4日の周期で減光していることを発見しました。当初、TESSチームが使っている系外惑星発見のための自動判別プログラムは、この減光のシグナルを「惑星によるものではない」と判断しました。これは自動判別プログラムが恒星の周りの惑星のみを想定していて、白色矮星周りの惑星を想定していなかったためです。具体的には、恒星の周りのトランジット惑星であれば、トランジットによる減光が30分以上は続くはずなのに、この減光は約8分しか継続しなかったため、惑星ではないと判断されました。しかし、研究者が全ての減光のシグナルを目で確認するという過程で、白色矮星周りの惑星かもしれないと気づき、トランジット惑星候補として選び出されました。

　TESSで発見されたトランジット惑星候補に対しては、それが本物の惑星かどうかを確認するための追加の観測が行われます。この確認観測では、減光を起こしているのが本当にWD1856かどうかと、WD1856の減光量が可視光から赤外線の全ての波長で同じかどうかを調べる「多色トランジット観測」が行われました。これは、惑星は自ら光を放っていないため、どの波長でも惑星が隠した白色矮星の面積の割合だけ減光するためです。この確認観測は、Spitzer宇宙望遠鏡（この観測後の2020年1月に退役）と地上望遠鏡によって行われました。日本のチームは、自然科学研究機構アストロバイオロジーセンターの支援のもとで開発された多色同時撮像カメラMuSCAT2を用いて多色トランジット観測を行いました（図1参照）。

　この追加の多色トランジット観測の結果、減光しているのは確かにWD1856であり、観測された全ての波長で減光率がほぼ同一であることが確認されました。そして、WD1856 bは木星とほぼ同じ大きさを持ち、木星の13.8倍より質量が小さい巨大惑星候補である（褐色矮星である可能性を完全には否定できないものの、巨大惑星である可能性が高い）という結論が得られました。

　これまで白色矮星の周りでは、惑星が破壊された後の残骸と考えられる「微惑星」が公転している例は発見されていました。しかし、破壊されていない無傷の巨大惑星候補が発見されたのは初めてとなります。今回の発見は、白色矮星のそばでも系外惑星が破壊されずに存在する場合があることを初めて実証したことになります。

　WD1856 bの発見は、ひとつの面白い可能性を示唆します。それは白色矮星の周りにも無傷の生命居住可能惑星（表面に液体の水を保持できるような岩石惑星）が存在できる可能性です。もし岩石惑星がWD1856 bのように破壊されずに白色矮星の近くの「ちょうど良い」軌道に形成されることができたなら、その惑星は数十億年にわたって生命の生存に適した環境を得ることができると考えられます（注2参照）。

　さらに、実は白色矮星周りの生命居住可能惑星は、トランジットの際に惑星の大気を透過してくる光を観測することで、生命の兆候が存在するかどうかを調べるのに適したターゲットであることも知られています。具体的な見積りでは、WD1856のような白色矮星の周りに生命居住可能惑星があったとすると、2021年に打ち上げられる予定のNASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）で5回トランジットを観測すれば、その惑星の大気中に水蒸気と二酸化炭素の分子を検出でき、25回トランジットを観測すれば、酸素、オゾンなどの生命の兆候と呼べるような分子も検出できると見積もられています。

　実際に白色矮星周りの生命居住可能惑星が発見されるかはこれからの探査次第ですが、今回のWD1856 bの発見はそのような惑星の可能性に光を当てるものと言えるでしょう。

本研究は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業 さきがけ 研究領域「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」における研究課題「多色同時撮像観測と高精度解析による第二の地球たちの探査」（研究者：成田 憲保、課題番号：JPMJPR1775）の支援を受けています。

論文情報：

雑誌名：Nature

論文タイトル：“A Giant Planet Candidate Transiting a White Dwarf ”

著者(*が責任著者)：

Andrew Vanderburg*, Saul Rappaport, Siyi Xu, Ian Crossfield, Juliette Becker, Bruce Gary, Felipe Murgas, Simon Blouin, Thomas Kaye, Enric Palle, Carl Melis, Brett Morris, Laura Kreidberg, Varoujan Gorjian, Caroline Morley, Andrew Mann, Hannu Parviainen, Logan Pearce, Elisabeth Newton, Andreia Carrillo, Ben Zuckerman, Lorne Nelson, Greg Zeimann, Warren Brown, Rene Tronsgaard, Beth Klein, George Ricker, Roland Vanderspek, David Latham, Sara Seager, Joshua Winn, Jon Jenkins, Fred Adams, Björn Benneke, David Berardo, Lars Buchhave, Douglas Caldwell, Jessie Christiansen, Karen Collins, Knicole Colon, Tansu Daylan, John Doty, Alexandra Doyle, Diana Dragomir, Courtney Dressing, Patrick Dufour, Akihiko Fukui, Ana Glidden, Natalia Guerrero, Kevin Heng, Andreea Henriksen, Chelsea Huang, Lisa Kaltenegger, Stephen Kane, John Lewis, Jack Lissauer, Farisa Morales, Norio Narita, Joshua Pepper, Mark Rose, Jeffrey Smith, Keivan Stassun, Liang Yu 

DOI番号：10.1038/s41586-020-2713-y

アブストラクトURL：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2713-y

用語解説：

注1：多色トランジット観測
　恒星の前を惑星が通過する、いわゆる「食」の現象のことを「トランジット」と言います。これは太陽系外惑星の軌道がたまたま主星の前を通過するような軌道の時に起こります。トランジットをする惑星を「トランジット惑星」と呼びます。そして、トランジットを複数の光の波長帯で観測することを、多色トランジット観測と呼びます。多色トランジット観測は、トランジット惑星の候補が本物の惑星かどうかを判別する方法として知られており、成田憲保教授はJSTさきがけの支援を受けて、多色トランジット観測により太陽系外の地球型惑星の探索を行なっています。

注2：白色矮星
　太陽の8倍程度より小さな質量を持つ恒星は、中心部での水素の核融合が終わると、水素でできた外層が地球の軌道あたりまで大きく膨らんだ「赤色巨星」という天体になり、最後に外層を外に放出します。白色矮星はその後に中心部に残される天体です。白色矮星はとても高密度な天体で、質量は太陽くらいあるのに対し、大きさは地球くらいしかありません。
　白色矮星は、できたばかりの頃は表面温度が10万度にもなる高温の天体ですが、その後は約20億年かけて太陽のような恒星と同じくらいの絶対温度6,000度程度（摂氏5,700度程度）になり、それから約80億年かけて絶対温度が4,000度程度にまでゆっくりと下がります。
　白色矮星は地球くらいの大きさしかないため、恒星くらいの表面温度でも放出する光のエネルギーは恒星に比べてとても小さく、白色矮星周りの生命居住可能惑星の公転周期は10時間程度より短くなります。そのため、白色矮星の周りの公転周期10時間程度より内側の軌道に岩石惑星が存在したとすると、その惑星は生命居住可能惑星として数十億年の時間を過ごすことができるのです。

注3：トランジット惑星探索衛星TESS
　マサチューセッツ工科大学が中心となって進めているNASAの衛星計画。2018年4月18日に打ち上げられ、2年間でほぼ全天のトランジット惑星を探索するという計画を実施してきました。2年間の観測で2000個以上のトランジット惑星候補を発見しています。現在は延長計画が認められ、3年目の観測が行われています。

注4：MuSCAT2
　自然科学研究機構アストロバイオロジーセンターの支援のもと、成田教授と福井特任助教らが開発した多色同時撮像カメラ。スペインのテネリフェ島のテイデ観測所にある口径1.52mのカルロス・サンチェス望遠鏡に設置されています。青い光（400nm-550nm）、赤い光（550nm-700nm）、近赤外線の2つの波長帯の光（700nm-820nm、820nm-920nm）の計4色で天体を同時に観測することができ、TESSで発見されたトランジット惑星候補が本物の惑星かどうかを判別する観測に用いられています。

注5：WD1856（WD1856+534）
　WD1856は、りゅう座の方向、太陽系から約80光年の距離にある白色矮星で、2つの赤色矮星G 229-20 AとG 229-20 Bとともに3重連星系を成しています。3重連星系としての年齢は正確にはわかっていませんが、WD1856は現在の年齢から逆算して、約60億年前に白色矮星になったと見積もられています。

　WD1856は表面温度が摂氏4,400度程度で、質量は太陽の半分程度なのに対し、大きさは地球の1.4倍程度（太陽の80分の1程度）しかありません。白色矮星が発する光のエネルギーはとても小さいため、周期1.4日にあるWD1856 bの表面温度は摂氏マイナス110度程度と、太陽系の木星のような低温になっていると考えられます。

注6：WD1856を含む領域
　ここで領域と言っているのは、TESSは超広視野であるがために、検出器の1ピクセルがカバーする視野が広く、同じピクセルの中に他の明るい恒星も混ざってしまっていたため、WD1856が減光しているとは断定できなかったためです。

関連リンク：

東京大学プレスリリース

科学技術振興機構(JST)プレスリリース

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発表のポイント：

• ２つの若い惑星（けんびきょう座AU星bとK2-25b）が、恒星の前面を通過する現象を、すばる望遠鏡とIRDを用いて赤外線で分析することにより、それらの惑星の公転軸と恒星の自転軸が揃っていることを発見した。
• 年齢２千万年程度の若い惑星の軌道情報が得られたのは世界で初めて。
• れは、年齢10億年以上の恒星のまわりで軌道がずれた惑星系が多数発見されていることと対比的。
• 本観測結果は、惑星は誕生直後から軌道が傾いているのではなく、一部の系では誕生後しばらく経ってから軌道面が傾いたことを示唆。

太陽以外の恒星をまわる惑星（太陽系外惑星）の探索は、これまで太陽のような壮年期の恒星が対象でした。その理由のひとつは、このような恒星は表面活動が少なく、惑星探索が行いやすい点にあります。しかし最近，誕生後間もない若い恒星の近くをまわる太陽系外惑星が次々と発見されています。東京工業大学、アストロバイオロジーセンター、ハワイ大学の研究者らは最近発見された2つの若い惑星系に対して、すばる望遠鏡の新赤外線分光器IRD（アイ・アール・ディー）を用いた分光観測を実施し、それら若い惑星系では惑星の公転軸と恒星の自転軸がいずれもほぼ揃っていることを突き止めました。観測された2つの惑星のうちの一つ（けんびきょう座AU星b）はその公転面が傾いていないと確認された最も若い惑星となります。これほど若い惑星の軌道の情報が得られたことは世界で初めてであり、惑星系の進化の解明にとって非常に重要なデータです。

一般に惑星は時間とともに徐々にその姿（軌道や大気等）が変わることが知られていますが、若い惑星の場合，どこで形成しどのような大気を獲得したのかなど惑星の形成に関わる原始的な情報をまだ保持していると考えられているため惑星系の起源を探る上で貴重な観測対象となります。特に、惑星の軌道の傾き（惑星の公転軸と恒星の自転軸のなす角度）は、惑星同士の重力的な相互作用や恒星との潮汐相互作用によって時間とともに変化することが知られています。従って、惑星がどのような軌道を持って誕生したかを探るには、若い惑星系に対して軌道の傾きを調査する必要があります。これまで惑星の軌道の傾きが調べられた系は100個以上存在し、惑星公転軸が恒星の自転軸とよく揃っているものもあれば大きくずれているものも見つかっていました。ただし、そうした観測はほぼ全て10億年以上の年齢を持つ壮年期の惑星系が対象でした。

今回研究チームは、最近発見されたばかりの「けんびきょう座AU星」、「K2-25」という２つの若いトランジット惑星を持つ恒星[注1]に注目しました。それぞれ「がか座β星運動星団」（年齢約2,300万年）、「ヒアデス星団」（年齢約6億年）と呼ばれる星団に属している若い恒星で、いずれもそのまわりに海王星サイズのトランジット惑星が見つかっています。若い恒星は、壮年期の恒星よりも低温度で、特に今回の2つのターゲットは低温度の恒星であるため可視光線では暗く観測が難しいのですが、赤外線では明るく、観測し易くなります。また、赤外線では若い恒星の活動度の影響が小さくなることも期待されています。そこで研究チームはすばる望遠鏡に搭載された新しい赤外線分光器IRDを用いた観測を実施し，トランジットが起こっている最中に惑星の影がスペクトル中をどのように動いていくかをドップラー効果を用いて調査する「ドップラー・シャドウ」という手法を用いることで、これら２つの惑星はその公転軸が恒星の自転軸とよく揃っていることを発見しました。

このように若い系で惑星の公転面が傾いていないという事実は、これまでの観測結果を解釈する上でも重要な意味を持ちます。太陽系でこそ惑星の公転面はほとんど傾いていないのですが、これまで惑星の軌道の傾きが測定された系のうちかなり多く（約3分の1）のものは大きな傾きを持つ（=惑星の公転軸と恒星の自転軸が揃っていない）ことが知られています。しかし、それがいつどのようなメカニズムで生み出されているのかは長らく議論が続いています。今回、若い惑星系で惑星の軌道面が傾いていなかったという事実は、惑星は誕生した直後から軌道が傾いているのではなく一部の系では誕生後しばらく経ってから軌道面が傾いたということを示唆しています。ただ、若い惑星系のこうした観測はまだ始まったばかりで、今後より多くの若い惑星系で同様の観測を実施することで、傾いた惑星の起源がより明らかになると期待されます。

本研究成果は、T. Hirano et al. “Limits on the Spin–Orbit Angle and Atmospheric Escape for the 22 Myr Old Planet AU Mic b”，E. Gaidos et al. “Zodiacal Exoplanets in Time. XI. The Orbit and Radiation Environment of the Young M Dwarf-Hosted Planet K2-25b”として、米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』（2020年8月7日付け），英国天文学専門誌『王立天文学会月報レターズ』（2020年8月14日付け）に掲載されました。

[注1] 恒星の前を惑星が通過して恒星面の一部が周期的に隠されるような系外惑星系を「トランジット惑星系」と呼びます。

関連リンク：

自然科学研究機構 国立天文台すばる望遠鏡プレスリリース

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ABCプロジェクト研究の成果がリリースされました！

発表のポイント：

• 火星生命の存在を証明するには、帰還試料を地球で高感度・高精度分析する必要があるが、火星生命の地球への拡散を防ぐため、帰還試料は分析前に滅菌する必要がある。
• 炭酸カルシウムの結晶粒に微生物を封じ込める処理が、微生物の不活化と高感度・高精度分析を両立させる新たな手段になることが明らかとなった。
• 従来の滅菌法と異なり、生体由来分子の破壊を最小限にする一方で、ウィルスの感染能力を１分間で喪失させる効果から、感染症防止の安価な消毒方法としての利用も期待される。

（東大リリースより引用）

詳細は東京大学リリースをご参照ください。

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概要：

自然科学研究機構アストロバイオロジーセンターの成田憲保特任准教授（現東京大学先進科学研究機構教授、JSTさきがけ研究者）らが参加する国際共同研究チームは、NASAのトランジット惑星探索衛星TESSと退役したSpitzer宇宙望遠鏡などによる観測から、太陽系から約31.9光年離れたところにある若い恒星、けんびきょう座AU星のまわりを約8.5日で公転する海王星サイズの惑星を発見しました。若い恒星のまわりの惑星は、惑星がどのように形成してどんな大気を獲得し、主星からどのように影響を受けているのかを調べることができるという点で非常に重要で、これから多くの追観測や理論的研究が行われると期待されます。本研究成果は2020年6月25日に英国の科学雑誌Natureに掲載されます。

研究内容：

けんびきょう座AU星は、南天にあるけんびきょう座（注1）の方向、太陽系から約31.9光年離れたところにある、若い赤色矮星(低温度の恒星)です。けんびきょう座AU星は誕生してからまだ2000万年から3000万年ほどしか経っておらず、誕生してから約46億年が経っている太陽に比べるととても若い恒星です。けんびきょう座AU星は、若い恒星の特徴のひとつとして知られる残骸円盤（注2）を持っていることが知られていましたが、これまで惑星の存在は確認されていませんでした。

　2018年4月に打ち上げられたNASAのトランジット惑星探索衛星TESS（Transiting Exoplanet Survey Satellite）は、2018年7月から8月のおよそ27日間にわたって、けんびきょう座AU星の明るさの変化を測定しました。けんびきょう座AU星はまだ若く、自転周期が約4.9日と自転の速い赤色矮星であるため、恒星表面にある大きな黒点の存在や爆発現象であるフレアが頻繁に起きることによって、複雑な明るさの変化をしていました。そこで研究チームは、ガウス過程と呼ばれる統計手法を用いた解析によって恒星由来の明るさの変動を取り除き、惑星が恒星の前を通り過ぎるトランジットという現象に由来する明るさの変化を探しました。

　その結果、約27日のTESSの観測期間中に、2回の同じ形のトランジットが約17日離れて発見されました。しかし、この2回のトランジットのちょうど真ん中あたりには、TESSのデータがありませんでした。これはTESSが地球に向けてデータを送信している間は観測ができないためです。この観測が中断している時間にトランジットが起きていたかがわからないと、公転周期が約17日なのか、それとも半分の約8.5日なのかが判別できません。そこで2019年にSpitzer宇宙望遠鏡（注3）による追加のトランジット観測が行われました。このSpitzer宇宙望遠鏡による観測から、この惑星の公転周期が約8.5日であることが確定しました。

TESSとSpitzer宇宙望遠鏡によるトランジットの観測から、新しく見つかった惑星けんびきょう座AU星bは、海王星より8%だけ大きい（ほとんど海王星サイズの）惑星であることがわかりました。また、この惑星の質量はまだ正確には測定されていませんが、地上望遠鏡による主星の視線速度（注4）の観測から、地球の58倍より小さいことがわかりました。さらに、TESSのデータにはけんびきょう座AU星bとは異なる別のトランジットも1回検出されていて、この惑星系には他にも惑星があることが示唆されています。

けんびきょう座AU星は太陽系から約31.9光年と天文学的には比較的近い距離にあり、主星も明るいため、今後けんびきょう座AU星bの正確な質量の測定や、惑星がどのように形成したのかを調べるための惑星の軌道の傾きの測定、惑星がどんな大気を持つのかの観測など、さまざまな追観測が行われると期待されます。けんびきょう座AU星は、これから多くの追観測や理論的研究が行われ、惑星系の形成と進化を理解するための貴重な宇宙の実験室となることでしょう。

用語解説：

注１　けんびきょう座
南天の星座で、新しい星座なので神話などはありませんが、日本からも見ることができます。秋の空、やぎ座の下、みなみのうお座の西側に位置します。比較的探しやすい場所ですが、肉眼で探しやすい明るさの星はなく、最も明るい星でも4.7等というあまり目立たない星座のため、肉眼で見つけるのは難しいでしょう。また、今回のけんびきょう座AU星は8等台なので肉眼では見えません。

注２　残骸円盤
恒星の誕生時に恒星のまわりに形成される原始惑星系円盤（主に水素ガスや岩石・氷からなる）から水素ガスが消失したあと、微惑星・小惑星などが衝突することによって生じた固体物質（岩石や氷でできた微粒子）からなる、恒星を取り巻く円盤のこと。

注３　Spitzer宇宙望遠鏡
NASAによって2003年8月に打ち上げられた赤外線観測専用の宇宙望遠鏡。系外惑星に限らず、天文学のさまざまな分野の観測に用いられてきましたが、2020年1月30日に退役し、運用が終了しました。

注４　視線速度
観測者から見て天体が近づいたり遠ざかったりする速度のこと。恒星のまわりを惑星が公転していると、恒星もわずかに揺さぶられます。すると光のドップラー効果によって、揺さぶられた視線速度の分だけ恒星が放つ光に含まれる吸収線の波長が変化します。その波長の変化を望遠鏡で観測し、視線速度の変化の大きさを測定することによって、惑星の質量を調べることができます。

論文情報：

掲載雑誌名：Nature

論文タイトル：A planet within the debris disk around the pre-main-sequence star AU Mic

論文著者(*が責任著者)：

Peter Plavchan*, Thomas Barclay, Jonathan Gagné, Peter Gao, Bryson Cale, William Matzko, Diana Dragomir, Sam Quinn, Dax Feliz, Keivan Stassun, Ian J. M. Crossfield, David A. Berardo, David W. Latham, Ben Tieu, Guillem Anglada-Escudé, George Ricker, Roland Vanderspek, Sara Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Stephen Rinehart, Akshata Krishnamurthy, Scott Dynes, John Doty, Fred Adams, Dennis A. Afanasev, Chas Beichman, Mike Bottom, Brendan P. Bowler, Carolyn Brinkworth, Carolyn J. Brown, Andrew Cancino, David R. Ciardi, Mark Clampin, Jake T. Clark, Karen Collins, Cassy Davison, Daniel Foreman-Mackey,Elise Furlan, Eric J. Gaidos, Claire Geneser, Frank Giddens, Emily Gilbert, Ryan Hall, Coel Hellier, Todd Henry, Jonathan Horner, Andrew W. Howard, Chelsea Huang, Joseph Huber, Stephen R. Kane, Matthew Kenworthy, John Kielkopf, David Kipping, Chris Klenke, Ethan Kruse, Natasha Latouf, Patrick Lowrance, Bertrand Mennesson, Matthew Mengel, Sean M. Mills, Tim Morton, Norio Narita, Elisabeth Newton, America Nishimoto, Jack Okumura, Enric Palle, Joshua Pepper, Elisa V. Quintana, Aki Roberge, Veronica Roccatagliata, Joshua E. Schlieder, Angelle Tanner, Johanna Teske, C. G. Tinney, Andrew Vanderburg, Kaspar von Braun, Bernie Walp, Jason Wang, Sharon Xuesong Wang, Denise Weigand, Russel White, Robert A. Wittenmyer, Duncan J. Wright, Allison Youngblood, Hui Zhang, Perri Zilberman

DOI：10.1038/s41586-020-2400-z

関連リンク：

科学技術振興機構プレスリリース

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発表のポイント：

• 7つの地球型惑星を持つ低温・低質量の恒星TRAPPIST-1（トラピスト-1）に対するすばる望遠鏡の新分光器IRDを用いた観測によって、TRAPPIST-1系では星の自転軸と惑星の公転軸がほぼそろっていることが明らかとなった。
• 今回の観測では、7つのうち3つの惑星（TRAPPIST-1b, e, f）の軌道の傾きが別々に調べられたが、そのうち2つの惑星（TRAPPIST-1e, f）はハビタブルゾーン（生命居住可能領域）内に位置する地球型惑星である。
• TRAPPIST-1の惑星のような地球型かつハビタブルゾーンにある惑星の軌道の傾きが調べられたのは今回が初めて。地球型惑星の発見だけでなく、それらの性質に迫る上で、重要なステップと言える。

研究内容：

近年、太陽系外惑星の探査では、太陽の半分程度の表面温度の低温な恒星（M型矮星）に注目が集まっています。M型矮星は低温な上、半径が小さいため、比較的公転周期の短い惑星であっても液体の水が存在できるような表面温度となります（そのような惑星軌道領域をハビタブルゾーンと呼びます）。さらに、M型矮星まわりでは地球型惑星のような小さな惑星が検出しやすくなります。

なかでも、TRAPPIST-1と呼ばれるM型矮星は、7つの地球型惑星がトランジット法（注1）によって発見されていて、そのうちの3つの惑星（TRAPPIST-1e, f, g）はハビタブルゾーン内に位置することが知られていました。これらの惑星がどのような性質（質量、大気、軌道など）を持っているか、本当に生命を宿しうるのかを詳しく調べることは系外惑星・アストロバイオロジーの分野のホットトピックです。しかしながら、地球型惑星は非常に小さいため、発見の次のステップである惑星の性質を調べることは容易ではなく、これまでは惑星の質量や大気の性質に制限があっただけで、軌道に関する制限は有りませんでした。

東京工業大学・自然科学研究機構アストロバイオロジーセンターなどの研究者からなるグループは、アストロバイオロジーセンターが中心となって開発した新分光器IRD（すばる望遠鏡に搭載）を用いてTRAPPIST-1まわりの3つの惑星（TRAPPIST-1b, e, f）のトランジットを観測し、ロシター効果（図１）と呼ばれる現象を解析することでTRAPPIST-1の自転軸とそのまわりの惑星の公転軸がほぼそろっていることを突き止めました。トランジットが観測された3つの惑星のうち2つの惑星（TRAPPIST-1e, f）はハビタブルゾーン内に存在する地球型惑星で、今回の観測により初めてハビタブルゾーン内の太陽系外惑星の軌道の傾きが制限されました。

恒星の自転軸に対する惑星の軌道の傾きは、惑星が形成されたときの情報やその後の惑星系の時間進化を反映していると考えられています。同じロシター効果を利用したこれまでの観測は、地球型惑星より重い木星型惑星や海王星型惑星に限られていましたが、惑星の軌道面が大きく傾いているものや、中には完全に逆行するものも知られています。これは、恒星の周りで形成された惑星系が散乱などにより、その軌道が大きく乱されたためと考えられています。

今回TRAPPIST-1系では恒星の自転軸と惑星の公転軸がよくそろっていることが示されたことで、TRAPPIST-1のような低温度・低質量の恒星のまわりでも、複数の惑星が同じ面内（恒星自転軸に直交）で作られ、その後惑星の軌道は大きくかき乱されることなく時間発展してきたことが明らかとなりました。これは低温度・低質量な恒星のまわりの惑星系の起源を議論する上で不可欠な情報となります。

また今回の発見は、ハビタブルゾーン内にあるTRAPPIST-1のまわりの惑星が、地球軌道の1/10よりも小さい位置に密集して公転しているという、太陽系とは大きく異なる姿を持つにも関わらず、軌道の傾きという点でも太陽系の地球と似た特徴を持つことを明らかにしたことは、銀河系の恒星の大部分を占める低温度・低質量の恒星のまわりの惑星における生命の可能性とその進化を議論する上でも新規かつ重要な結果と言えるでしょう。

本研究成果は、東京工業大学・自然科学研究機構アストロバイオロジーセンターなどの研究者が主著となって、米国天文学専門誌アストロフィジカルジャーナル・レターズに掲載されました。

論文情報：

掲載誌：The Astrophysical Journal Letters

タイトル：Evidence for Spin─Orbit Alignment in the TRAPPIST-1 System

著者：Teruyuki Hirano, Eric Gaidos, Joshua N. Winn, Fei Dai, Akihiko Fukui, Masayuki Kuzuhara, Takayuki Kotani, Motohide Tamura, Maria Hjorth, Simon Albrecht, Daniel Huber, Emeline Bolmont, Hiroki Harakawa, Klaus Hodapp, Masato Ishizuka, Shane Jacobson, Mihoko Konishi, Tomoyuki Kudo, Takashi Kurokawa, Jun Nishikawa, Masashi Omiya, Takuma Serizawa, Akitoshi Ueda, Lauren M. Weiss

論文詳細：https://arxiv.org/abs/2002.05892

脚注：

注1) 恒星の前を惑星が通過して部分的に恒星表面が隠される（したがって恒星が一時的に暗くなる）現象をトランジットと呼ぶ。Trappist-1はトランジット観測によって発見された惑星系で、地球半径の0.8倍から1.1倍の地球型惑星が、恒星からわずか0.01auから0.06au（1auは地球・太陽の平均距離）の距離を公転している。

関連リンク：

国立天文台すばる望遠鏡プレスリリース

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ABCプロジェクト研究の成果がリリースされました！

発表のポイント：

• 地上大型望遠鏡「アルマ」を用いて、地球以上に複雑でぶ厚い大気を持つ土星の衛星「タイタン」の大気を観測し、微量な分子ガスが放つ電波の検出と解析に成功。
• 太陽系の外から降り注ぐ「銀河宇宙線（放射線の一種）」が、タイタンの大気の成分に影響を与えていることを世界で初めて観測的に明らかにした。
• 最先端の地上望遠鏡と解析技術を組み合わせることで、天体を直接訪れる探査機にも比肩する科学成果を挙げられることを示した。

（東京大学プレスリリースより引用）

詳細は東京大学プレスリリースをご参照ください。

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背景：

2018年、太陽近傍（約40.4光年）の超低温度星TRAPPIST-1周りで７個の地球サイズの惑星が発見されました。TRAPPIST-1の惑星系は、生命居住可能な地球サイズの惑星（ハビタブル惑星：表面に液体の水が存在可能な惑星）の候補としても注目されています。惑星の生命居住可能性を議論する上で、惑星の大気量および大気組成は重要な指標となります。実際、現在の地球の平均気温が約15度に維持されているのは、水蒸気や二酸化炭素に代表される温室効果ガスの寄与が少なからずあります。TRAPPIST-1周りの７個の惑星のうち６個については、トランジット（恒星の前面を惑星が通過する現象）する時の透過分光観測から、何らかの大気を保持している可能性が示唆されています。

惑星の大気の起源としては、周囲の原始惑星系円盤ガス由来の水素・ヘリウムに富む大気（一次大気）と、地質活動（例：火山活動）や天体衝突等で得られた二酸化炭素や水蒸気などの大気（二次大気）の２つがあります。前者は惑星形成時に惑星が重力的に獲得する大気、後者は惑星誕生後の惑星内部あるいは外的要因で生成される大気です。水素分子同士の衝突による光吸収（衝突誘起衝撃吸収）も温室効果として働き、惑星表面の温度上昇につながることが知られており、惑星の生命居住可能性を考える上で、現在の地球のような二次大気と同様、水素に富む大気の有無および大気量も重要と言えます。

研究内容：

そこで、今回、水素に富む大気に着目して、TRAPPIST-1周りの７個の地球サイズの惑星が一次大気を過去に獲得し、現在まで保持可能かどうかを惑星形成論の観点から検証しました。その結果、惑星形成段階では、７個の地球サイズの惑星は質量の0.01% から数％程度の一次大気を獲得した可能性があることがわかりました。しかし、その後、数億年間にわたって、星からのX線や紫外線に晒されることで、獲得した一次大気は全て宇宙空間に散逸してしまうことがわかりました。以上から、TRAPPIST-1周りの７個の地球サイズの惑星が現在も大気を保有しているとすれば、それは二次大気である可能性が高いことになります。二次大気を有する可能性が高井TRAPPIST-1周りの地球サイズの惑星は、2020年代に打ち上げ予定のJames-Webb宇宙望遠鏡（JWST）で大気組成を観測する重要なターゲットとなります。

論文情報：

掲載雑誌：The Astrophysical Journal

タイトル：Do the TRAPPSIT-1 Planets Have Hydrogen-rich Atmospheres?

著者：Yasunori Hori 1,2 & Masahiro Ogihara 2

所属：
1) Astrobiology Center, 2) National Astronomical Observatory of Japan

DOI：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab6168

掲載論文：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab6168

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