・天文学者たちが、信じられないほど密度の低い新種の惑星を発見。
・太陽に似た恒星ケプラー51の周りを回るこの3つの惑星を研究した。
・これらの惑星は0.1グラム/㎤未満の密度しかない。
惑星は様々な物質でできています。例えば、金星、地球、火星は、岩石の外皮と高密度の鉄の核を含んでおり、土星や木星のような巨大な惑星は、ほとんどがガスでできています。
惑星は通常、小さくて岩石質の地球型惑星と、大きくて低密度の巨大惑星の2つに大別されます。ところが、コロラド大学ボルダー校の研究者たちが、非常にエキサイティングな発見をしたのです。新種で、信じられないほど低密度の惑星です。
木星と同じくらいの大きさですが、質量は100分の1です。その驚くべき密度の低さから、研究チームは「綿菓子」惑星と呼んでいます。今回の研究では、太陽に似た恒星ケプラー51を周回する3つの惑星が発見されました。
異なる世界を研究する機会
ケプラー51は、はくちょう座の2615光年の彼方にあります。その周囲を、ケプラー51b、ケプラー51c、ケプラー51dと名付けられた3つの惑星が公転しています。これらの「ふっくらとふくらんだ」惑星は、既知の太陽系外惑星の中で最も密度が低いものです。
ケプラー51系は2012年にNASAのケプラー宇宙望遠鏡によって発見され、その2年後にその惑星の密度が決定されました。
最近、研究チームはハッブル宇宙望遠鏡の広視野カメラ3を使い、これらの惑星の化学的性質を探りました。観測の結果、これらのふくらんだ惑星は木星ほどの大きさ【地球の318倍】でありながら、質量は地球の数倍しかないことがわかりました。
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その密度は0.1g/㎤未満であり、縁日などで売られているピンク色の綿菓子とほとんど同じなのです。これは、高校で教えられることにまったく反しています。
大気も透明ではなく、不透明な高高度の層で覆われているようです。この層が何でできているのかは、謎のままです。
研究チームはまた、分子の兆候も観測しておらず、ケプラー51の3惑星に水が存在する可能性を排除しています。彼らは、コンピュータ・シミュレーションと複雑なアルゴリズムを使って、これらの惑星には主にヘリウムや水素のような軽いガスが含まれていると理論化しました。
これらのガスは惑星に「ふくらみ」の性質を与えています。しかし、地球上空の水分が主な雲とは異なり、これらの惑星の大気は塩の結晶や光化学的な霞で覆われているように見え、土星の衛星タイタンに似ています。
惑星の密度が低いのは、ケプラー51系の年齢が若いためかもしれません。太陽系が45億7,000万歳であるのに対し、ケプラー51はわずか5億歳です。シミュレーションによると、これらの惑星は恒星のスノーライン（氷の天体が生存できる軌道の領域）の外側で形成され、その後徐々に内側に移動したことが示されています。
惑星は縮小している
ケプラー51の3つの惑星（上）と太陽系の惑星（下）の大きさの比較
出典：NASA/ESA
惑星進化モデルを用いて、恒星に最も近い惑星ケプラー51bが急速にガスを放出していることがわかりました。最終的には（10億年後）、海王星をより熱く小さくしたような姿になるでしょう。
恒星から最も遠い惑星ケプラー51dも、毎秒何十億トンもの物質を宇宙に放出していますが、そのふくらんだ性質は長い間保たれると考えられます。とはいえ、今後10億年の間に少量の大気を失い、縮小していくことでしょう。
全体として、この発見は初期の惑星の進化を探求するための新しい道を開くものです。今後10年間で、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（2021年12月25日に打ち上げられた）によって、研究者たちは惑星の雲層を覗き見ることができるようになります。
ハッブル望遠鏡よりも感度と解像度が大幅に向上したジェイムズ・ウェッブ望遠鏡によって、これらのふくらんだ太陽系外惑星が実際に何でできているのかが明らかになっていくでしょう。
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