NASAのウェッブ望遠鏡、著名な恒星系に隠れた惑星を発見

NASA のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を用いた観測により、地球から63光年離れたベータ・ピクトリス星系で新たな巨大惑星「ベータ・ピクトリス d」が発見された。この星系はこれまでベータ・ピクトリス b とベータ・ピクトリス c という2つの直接撮像惑星を持つことで知られており、今回の発見により3つの直接撮像惑星を持つ星系は太陽系外では2例目となる。注目すべきは、ベータ・ピクトリス d はこれまでの2つの惑星とは異なり、明るい光の点として直接撮像されるのではなく、その大気の化学的フィンガープリント（分子シグネチャ）を分光法で検出することにより発見された点である。

ベータ・ピクトリス星系は約23百万年前に誕生した若い星系で、新生惑星と形成時に残された塵とデブリの相互作用を観察する稀有な環境である。新たに発見されたベータ・ピクトリス d は木星の少なくとも2倍の質量を持つと推定され、既知の3つの巨大惑星の中で最小である。その軌道は約30天文単位で、太陽系のネプチューン領域に相当する位置にあり、既知の3つの惑星の中で最も遠い軌道を描いているが、なお塵の円盤の内縁に位置している。

観測チームはウェッブ宇宙望遠鏡の NIRSpec（近赤外分光器）を用いてベータ・ピクトリス b の大気を研究していた際、予期しない信号を検出した。それは一酸化炭素の吸収線から成るバーコード状の特徴的なパターンであり、巨大惑星の大気に典型的な特徴である。分光法によってその化学組成と物体の運動の両方が解析されるため、研究チームは放射速度も抽出でき、惑星の速度、位置、および塵の円盤との位置関係がすべてベータ・ピクトリスの周回軌道と一致することを確認した。

その後の追跡観測により、MIRI（中赤外装置）を用いて水蒸気とメタンも検出され、惑星の存在がさらに確認されるとともに、その大気についてより詳細な情報が得られた。 ベータ・ピクトリス d が長年にわたり隠れていたのは、その星系が既知の中で最も明るい塵の円盤の一つの中に位置しているためである。塵の層は星からの光を散乱させ、従来のイメージング手法では惑星を周囲の構造から区別することを困難にする。

しかし、ウェッブ宇宙望遠鏡による分光法によるアプローチは、この塵を効果的に無視し、惑星の大気に特有の狭い分子シグネチャのみを分離することができた。ベータ・ピクトリス d の存在は、著名な塵の円盤がなぜそのような鋭く定義された内縁を持ち、他の謎めいた構造を有するのかを説明するのに役立つ可能性がある。実は、天文学者はすでにこのような惑星の存在を予測し、円盤の異常な構造を説明するためにその存在が必要と考えていた。

より広い観点では、この発見は系外惑星を発見するための新たで強力な方法を実証している。これは中程度の分解能を持つ分光法を通じて直接撮像により発見された初の惑星であり、天文学者が従来のコロナグラフ撮像に依存するのではなく、複雑な環境内の惑星を大気のフィンガープリントを通じて特定できることを示している。

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