科学者たちは宇宙を漂う謎の惑星を調査

宇宙にあるすべての巨大天体が太陽系の一部を形成するわけではありません。恒星でもなく、恒星の周りを公転もせずに、宇宙空間に孤立して存在する巨大天体も存在します。その一つであるSIMP 0136は、地球から約20光年離れた天の川銀河を、目的もなくさまよっています。質量は木星の約13倍で、巨大ガス惑星の構造と化学組成を持つと考えられていますが、その真の特性はまだ解明されていません。

このような非恒星系外の天体は、通常、「自由浮遊惑星」に分類されます。「自由浮遊惑星」は恒星系内で形成されるものの、他の惑星の重力によって投げ出されます。また、「褐色矮星」は、ガスと塵の高密度分子雲の中で恒星のように形成されるものの、通常の恒星のように安定した核融合を起こすだけの質量を欠いています（このため、褐色矮星は「失敗した恒星」と呼ばれることもあります）。SIMP 0136がこれらのいずれのカテゴリーに属するかはまだ不明です。

SIMP 0136 の特性についてさらに詳しく調べるため、ボストン大学などの研究機関の研究者からなるチームが最近、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して、謎に包まれた浮遊天体 SIMP 0136 の詳細な観測を実施しました。

SIMP 0136は、いくつかの理由から研究対象として理想的でした。可視光での観測は困難ですが、赤外線では明るく輝きます。実際、SIMP 0136は北天で最も明るい自由浮遊惑星質量天体です。また、自由移動しているため、観測は近くの恒星の光の影響を受けません。さらに、自転時間は約2時間40分と非常に短いため、惑星の全球観測を効率的に行うことができます。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、その優れた赤外線観測能力から、この研究に選ばれました。研究チームは、異なる赤外線波長に焦点を合わせる2つの観測機器、すなわち望遠鏡の近赤外線分光器（NIRSpec）と中間赤外線観測装置（MIRI）を用いて惑星を観測しました。研究チームはNIRSpecを用いて、惑星の自転周期全体をカバーするのに十分な3時間以上にわたり、この天体を観測しました。その後、MIRIを用いて、さらに1回転する間、観測を行いました。

SIMP 0136の明るさは以前の観測で変化することが示されていましたが、その理由は不明でした。そこで研究チームは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡から収集された新たなデータを大気モデルを用いて解析し、記録された赤外線の一部の波長（下図の赤色で表示）は惑星の大気の最深層にある蒸発した鉄分子の雲に由来し、他の赤外線の一部の波長（下図の黄色で表示）は惑星の上層大気にあるケイ酸塩鉱物粒子の雲に由来することを発見しました。

SIMP 0136の自転に伴う明るさの変化は、各雲層の状態の不均一性に起因すると考えられています。木星は巨大ガス惑星であり、SIMP 0136と構造や化学組成が似ている可能性が高いため、この現象は木星を例に考えれば容易に理解できます。

あるいは、これを別の方法でイメージするには、地球の表面を想像してみてください、とボストン大学のフィリップ・ミュアヘッド氏は言います。同氏はSIMP 0136に関するこれらの研究結果を概説した新しい論文の共著者です。「地球が自転するので、海が見えてくると青色が強くなり、茶色や緑色が強くなれば、大陸や森林地帯などが見えるようになります」とミュアヘッド氏は説明します。

さらに、上の図の青い線で示されている赤外線は、SIMP 0136 の雲層よりはるかに上の大気の上層から来ています。

SIMP 0136の明るさは、赤外線放射の違いによって変化し、自転に伴って変化すると考えられています。これは、雲の組成と同様に、惑星上の場所によって温度が異なるためです。さらに、研究者たちは、惑星の赤外線が特に明るいホットスポットを発見しました。研究者たちは、これらのホットスポットは、電波観測によって既に存在が確認されているオーロラによって引き起こされている可能性があると考えています。

しかし、雲や気温の変化だけで赤外線の明るさの変化をすべて説明するのは困難です。そのため、研究チームは、SIMP 0136の大気中には一酸化炭素と二酸化炭素が集中している領域が存在する可能性があり、これらの領域が惑星の自転に伴って赤外線の明るさにも影響を与えている可能性があると指摘しています。

この記事はもともとWIRED Japanに掲載されたもの で、日本語から翻訳されています。