Supersonic waves could explain the strange orbits of hot Jupiters and Neptunes

米国の天文学者チームが、ホット・ジュピターや海王星サイズの巨大ガス惑星が、遠方の楕円軌道から恒星のごく近くへ移動する仕組みについて新たな説明を提案した。鍵となるのは、惑星の外層大気で起きる超音速の衝撃波である。

これまで天文学では、こうした惑星は誕生時に恒星から遠く離れた細長い楕円軌道を回っていたと考えられてきた。恒星の潮汐力によって軌道のエネルギーが失われるにつれ、惑星は徐々に内側へ移動し、ほぼ円形の安定軌道に落ち着いたとされる。ただ、軌道の形が変わるには惑星自身が膨大な軌道エネルギーを吸収する必要がある。元記事によれば、そのエネルギーが惑星の内部でどのような過程を経て消費されるのかは、これまで十分に検討されてこなかった。

研究チームは、ペンシルベニア州立大学のJ・J・ザナッツィ氏らが、ハーバード大学のモーガン・マクロード氏の手による巨大惑星の移動シミュレーションを詳しく調べた。楕円軌道の最近接点では恒星の重力を強く受け、惑星の全体を横切る「表面重力波」が生じる。大気の薄い外層では密度が急に下がるため、この波が気体中の音速を超えて衝撃波となり、波のエネルギーが熱へと変わる。そのエネルギーは惑星の軌道から引き出されるため、衝撃が繰り返されるたびに軌道はエネルギーの低い、より円に近い形へ変化していく。シミュレーションでは、衝撃が大気のどの深さで起きるかによって結末が分かれた。浅い衝撃では惑星の質量が保たれ、深い衝撃では気体の外層が吹き飛ばされて核だけが残る。研究チームは、後者の過程が地球の数十倍の質量を持ち、極めて近い軌道を回る高密度の岩石惑星を生んだ可能性があると見ている。

さらに研究チームは、軌道が引き伸ばされる速さの違いが観測される惑星の分布を説明できるとしている。ゆっくり引き伸ばされる場合は、衝撃波が早い段階で軌道を円に近づけ、ホット・ジュピターの集中と海王星リッジが形成されると考えられる。一方、速く引き伸ばされると、惑星は衝撃波が効く前に恒星へ近づきすぎ、近日点を通過するたびに気体を剥ぎ取られる可能性がある。この見方は、「海王星砂漠」の境界が気体の剥離が始まる距離とほぼ一致する点とも整合する。ただし、これは理論モデルに基づく提案にとどまり、今後の観測で予測が裏付けられるかどうかが課題となる。

このような基礎天文学の成果が、製造業のサプライチェーンに直接影響することは考えにくい。ただ研究チームは、こうした気体の剥離を観測できる望遠鏡の検討を進めているとしており、観測装置への需要が将来的に生まれる可能性はある。日本の部品・装置メーカーにとっては、高感度の検出器や光学部品、精密な制御機器などが観測機器の分野で関わりうる領域として考えられる。ただし現時点では理論研究の段階であり、具体的な受注につながるかどうかは未確定である。

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