天の川銀河の外側にも多くの惑星が存在する！クエーサー・マイクロレンズ効果により発見された太陽系外惑星

・38億光年の彼方に多数の惑星が発見された。
・この楕円銀河には、数兆個の惑星が存在する。
・これらの惑星は、どの星の周りも周回していない「自由浮遊」惑星で、レンズ状銀河の周りを自由に公転しているようだ。

オクラホマ大学の天体物理学者たちが、天の川銀河の外側に多数の惑星を発見しました。私たちの銀河系の外側に惑星を発見したのはこれが初めてです。

研究チームは、マイクロレンズ効果【重力レンズの効果により、遠方の天体の見かけの明るさが増す現象】と他の検出技術を組み合わせて、38億光年離れた銀河系にある、月の質量から木星の質量までの様々な天体を検出しました。これらの天体は、今回の研究で観測されたシグネチャー【指標】の最有力候補です。シグネチャーの高い周波数は、質量を測定するために利用可能なデータをモデル化することで解析されています。

使用したデータは、1999年に打ち上げられたNASAのチャンドラX線観測衛星（スミソニアン天体物理観測所が管理する宇宙の大型望遠鏡）から集められたものです。マイクロレンズ効果モデルは、オクラホマ大学の教育研究用スーパーコンピューティングセンターで測定されました。

重力マイクロレンズ効果

この研究が行われるまで、天の川銀河の外に惑星があることを証明するものはひとつもありませんでした。マイクロレンズ効果は、光をほとんど発しない天体（惑星の質量から恒星の質量まで）を研究することができます。

画像出典：ワイズ天文台

遠くの星が巨大で高密度な前景天体と一直線に並ぶと、その重力場が光を曲げ（1915年にアインシュタインが理論化）、その結果、2つの歪んだ未解像の絵ができます。一過性の明るさの時間スケールは、前景天体の質量と、前景「レンズ」天体と背景「光源」の間の相対運動に基づいています。

マイクロレンズ効果による観測は、レンズ天体の放射に依存しないため、どんなに暗い巨大天体でも観測することができます。そのため、惑星、矮星、ブラックホール、中性子星、高密度なハロー天体【光などの電磁波を放出または反射しているが、非常に暗くて小さいため、直接観測することが困難な天体の総称】など、暗い天体や光の弱い天体の銀河系集団を観測するのに理想的な方法です。また、マイクロレンズの効果は波長に依存しないため、遠くの天体がどのような電磁波を発しているかにかかわらず、すべての天体を利用することができます。

この研究は、この方法がいかに強力であるかを示す好例です。38億光年も離れた惑星を観測することは、たとえ私たちが作り得る最高の望遠鏡を使ったとしても、微塵も変わりません。

観測

画像出典：オクラホマ大学

これは、中央の楕円銀河が4つのクエーサー【恒星状天体】で囲まれている画像です。中央の赤い点には、数兆個の惑星があると推定されています。これらは、どの星の周りも周回しない「自由浮遊」惑星であり、独特な銀河の周りを自由に公転していると思われます。

束縛されない惑星集団は、私たちの銀河系でさえも、制約するのがかなり難しいのです。研究チームは、倍率パターンに含まれるコースティックス【遠くにある光源から発せられた光の経路が、その途中にある天体の重力によって曲げられる重力レンズ現象において、光源面上で点状の光源（点光源）が無限大に増光される位置を結んだ曲線】の密度を利用して、全質量および惑星と星の質量比に対する惑星の表面質量密度を制約しました。

惑星/星の質量比は、月から木星までの質量範囲において、主系列星1個あたり2,000個以上の天体が存在することがわかりました。この制約条件は、理論的な推定値の上限に対して矛盾がありません。

遠くにありながらも結合している惑星の集団は、惑星の集団の中でもかなりの割合を占めている可能性があり、今後の研究課題です。銀河系外マイクロレンズのアインシュタインリング【重力レンズによって作られる遠方天体のリング状の像】のサイズが大きいため、天体物理学者たちは、遠くの銀河系では、2つのモード（非結合惑星と遠いが結合した惑星）をよりよく区別できる可能性があると示唆しています。