ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、遠く離れた星を周回する惑星の最初の直接画像を撮影しました。 HIP 65426 b として知られるこの惑星は、木星の数倍の質量を持つ巨大ガス惑星であり、海王星と太陽の間の距離の約 3 倍の距離で星を回っています。 HIP 65426 b は約 1500 万歳 (天文学的に言えば新生児) にすぎず、地球から約 350 光年離れています。
これらの新しい惑星写真の細部のレベルには感銘を受けないかもしれませんが、画像を撮影した研究者は確かに感銘を受けました。結果が戻ってきたとき、「シミュレートされた画像を見ていなかったことを確認する必要がありました」と、この研究を主導したイギリスのエクセター大学の天体物理学教授であるサーシャ・ヒンクリーは言います。 「5 年前に提案書を書いたときのモデル画像のように見えました。」
HIP 65426 b の画像は、JWST が望遠鏡の 4 つの中心的な研究分野の 1 つである太陽系外惑星研究に対する期待を上回っていることを明らかにしています。これは、他の太陽系外惑星を観測するという JWST の計画された試みが、研究者が望んでいたよりもさらに成功する可能性が高く、将来の研究サイクルで JWST の運営委員会に提案を提出するときに、天文学者がさらに野心的になる可能性があることを意味します。
JWST は、太陽系外惑星の直接写真を撮影する最初の望遠鏡ではありませんが、すでに最高であることが証明されています。 Hinkley はこの分野の進化を見てきました。彼はほぼ 20 年間、系外惑星のイメージングに取り組んできました。 「私は、この研究の技術的な課題に本当に興味をそそられました。これらの信じられないほど明るい主星を遮断しなければならないということです。これらの主星は、それらを周回するかすかな惑星よりも 10,000 倍または 100 万倍明るいです」と彼は言います。
このような偉業はほとんど不可能に思えます。フィールドの反対側の席から、明るいスタジアム ライトの下で、ぼんやりと光るホタルが羽ばたくのを見つけるようなものです。それでも、適切な技術があれば、太陽系外惑星を明らかにすることができます.
「ターゲットの星と同様の特性を持つ近くの星を観察することができます」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校のポスドク研究者で研究の共著者である Aarynn Carter 氏は述べています。 この系外惑星イメージングの分析。 「その後、基本的に星明かりがどのように見えるかのテンプレートを作成し、それを差し引いて惑星だけを残すことができます。」
これは一見単純に思えますが、この方法を成功させるには多くのことが正しく行われる必要があります。そしてこの場合、カーターとヒンクリーが計画していた以上に、彼らはうまくいきました.
JWST のイメージング感度は、予想以上に優れていることが判明しました。その高度なコロナグラフは、主星の光の大部分を遮断することに成功しました。そして、おそらくこの特定の研究にとって最も重要なことは、JWST が観測を行ったときに信じられないほど安定していたことです。安定性は、最初の星から差し引くために、2 番目の星からきれいな星明かりのテンプレートを取得するために非常に重要です。
「私たちが見たのは、ジェームズ・ウェッブが信じられないほど安定しているため、[スターライト] パターンが星から星へと安定しているということです」とヒンクリーは言います。 「これは本当に、世界中で過去 20 年間に文字通り何千人もの科学者、技術者、エンジニアが行ってきた素晴らしい仕事のおかげです。」
NASA の太陽系外惑星科学研究所の所長であるチャールズ ベイクマンは、ヒンクリーとカーターがイメージングに使用した JWST 研究機器の開発を支援しました。 「何かを立ち上げるときは、一連の要件に合わせて構築します。そして、私たちが「欲望」と呼ぶもののセットがあります。」
最新の太陽系外惑星の画像のおかげで、JWST の機器がすべての人の欲求を満たしていることが明らかになりました。 「あなたはよりタイトなイメージを持っています。ジッターが少なくなります。検出器のパフォーマンスが少し向上しています」と Beichman 氏は言います。感度と安定性が実証されているため、JWST は、これまでのどの望遠鏡よりもはるかに小さい系外惑星を直接観測できる可能性を秘めています。研究者が望んでいたよりもさらに小さいものです。
これは、2023 年 7 月から 8 月にかけて Beichman が率いる研究を含む、将来の研究にとって素晴らしいニュースです。この研究では、直接画像を使用して、最も近い星系であるアルファ ケンタウリ内の惑星を探します。
これまでのところ、天文学者は、木星の数倍の大きさで、星から非常に遠くを周回している太陽系外惑星の写真しか撮影できていません。 「しかし、これらの観測からわかっていることは、ジェームズ・ウェッブはおそらく、最も近い星を私たち自身の土星または海王星に類似させようとしているということです」とヒンクリーは言います。
ケンブリッジ大学ジーザス カレッジの天文学研究フェローであるセバスチャン マリノは、JWST の期待を打ち砕くオーバーパフォーマンスの恩恵を受ける可能性が高い人物の 1 人です。来年の 4 月から 6 月にかけて、マリノと彼の同僚は、巨大な土星の環に似た幅広の破片円盤に囲まれた星を観察する予定です。マリノのチームは、まだ検出されていない太陽系外惑星が主星を周回する際にこれらのギャップを「刻む」ことに関与しているという仮説に基づいて、顕著なギャップを持ついくつかの特定の円盤に焦点を当てます。
ギャップの幅に基づいて、マリノは、これらの太陽系外惑星 (存在する場合) が土星または海王星とほぼ同じ質量であると予測しています。それらを検出することは野心的な目標として開始されましたが、Hinkley が指摘しているように、最新のイメージング結果は、JWST がまさにそのサイズの惑星を検出できることを示しています。
「私たちが思っていたよりも優れたパフォーマンスを発揮しているという事実は、本当に励みになります」とマリノは言います。また、JWST が希望する系外惑星を見つけられなかったとしても、望遠鏡がそれらの惑星が存在しないことを確認できることをマリノは喜んでいます。 （重要だが見落とされがちな惑星探索の側面は、特定の星の周りの世界を探すのをいつやめるべきかを知ることです。）より弱い望遠鏡は、最終的に無益になる可能性があるものを拡張するだけの決定的な結果をもたらす可能性がはるかに高いとマリノは言います。検索してください。
最新の太陽系外惑星の画像は、ジュネーブ大学のポスドク研究者であるエリザベス・マシューズにとっても良い兆候です。 「私自身のプログラムについては、プログラムを設計したときに期待したとおりに機器が実際に機能することを確認することで検証しています」と Matthews 氏は言います。
2023 年 4 月から 5 月にかけて、マシューズは JWST を使用して、わずか 12 光年しか離れていない近くの惑星を持つ恒星、イプシロン インディ A を観測します。その星の系外惑星であるイプシロン インディ アブは、その質量が星に引き起こす微妙な重力のゆらぎによってのみ知られています。誰もこの惑星を直接見たことはありませんが、天文学者の最良の推定によると、かなり寒いはずです。つまり、かなり古いことを意味します。巨大な太陽系外惑星は高温で生まれ、最近の生成から膨大な量の残留熱エネルギーを放射していると考えられています。 (JWST の HIP 65426 b の赤外線画像に見られる輝く惑星の塊は、ほとんどが惑星自体から放出された熱エネルギーであり、雲のてっぺんから反射している光ではありません。)
より古く、より冷たい惑星は、一般的に暗すぎて写真を撮ることができず、主星の明るい光にかき消されてしまいます。したがって、より成熟した惑星をイメージするマシューズの計画は挑戦的ですが、JWSTの最近のパフォーマンスは、それが確かに可能であることを示唆しています.マシューズ氏は、惑星の画像を生成するために必要な最小限の時間を費やすように研究を設計したと言いますが、JWST の予想以上の感度はより多くの観察時間を与えられました。
JWST の最初の「サイクル 1」観測の計画を簡単に変更して、予想以上に優れた高コントラスト イメージング パフォーマンスを活用するには遅すぎますが、これらの初期の結果は、天文学者が将来の研究を計画する際により自信を持つようになることは間違いありません。マリノもマシューズも、次回はもっと大胆な研究目標を設定するかもしれないと示唆しています。 JWST の観測の第 2 サイクルの研究提案は、1 月下旬に提出される予定です。
その前に、Sasha Hinkley は、JWST の機能に関する彼のチームの最新の理解に基づいて、JWST を最大限に活用する方法についてのアドバイスを天文学コミュニティに提供する予定です。 「私たちの推奨事項により、コミュニティがこれらの観察を行うための可能な限り強力な一連の提案を行うことができるようになると期待しています」と Hinkley 氏は言います。
将来の研究サイクルでは、小さすぎたり遠すぎたりして観察できないと考えられていたターゲットは、到達可能であると考えられる可能性があります。そして最終的に、JWST の最上級の太陽系外惑星の画像処理作業は、巨大ガス惑星だけでなく、はるかに小さく暗いターゲット、つまり潜在的に居住可能で地球に似た世界を撮影できる、さらに野心的な観測所を開発するための取り組みを導くのに役立つはずです。
「『ああ、それができたらラッキーだろう』という提案は、『ええ、できるはずだ』という領域に入ります」と Beichman 氏は言います。 「そして、『そんなことは絶対にできない』という新しい一連のことが、『ああ、それをやってのけるチャンスがある』という領域に入ります。」
