研究者たちは、私たちの銀河系は宇宙の孤児、つまり親星から自由にさまよっている惑星で溢れていると信じています。よくあることですが、これらの不正な惑星は、特に地球と同じサイズの場合、見つけるのが困難です。
この困難にもかかわらず。カリフォルニア工科大学 (Caltech) のポスドク研究員である Przemek Mróz とワルシャワ大学天文台の Radosław Poleski を含む天文学者の国際チームは、サイズと火星と地球の範囲のどこかにある質量で、天の川をさまよっています。
この発見は、これまでに観測された最初の地球サイズの「ならず者惑星」であるため、系外惑星調査の分野における大きな前進を表しています。
「宇宙のはるか彼方にある、非常に孤独で小さく見える惑星を発見しました」と Poleski 氏は ZME Science に語っています。 「想像できると思いますが、地球は他の多くの惑星と太陽からの光に囲まれたサンドボックスの中にあります。この惑星はそうではありません。本当に一人です。」
チームが発見した不正な惑星 ——OGLE-2016-BLG-1928——は、これまでに発見された中で最小の自由浮遊惑星であると考えられています。これは、ワルシャワ大学に拠点を置くポーランドの天文学プロジェクトである光学重力レンズ実験 (OGLE) によって収集されたデータで発見されました。以前に発見されたローグ (2016 年に OGLE によって発見された史上初の記録された自由浮遊惑星など) は、サイズが木星に近くなっています。
「これまでで最小の自由浮遊惑星候補を発見しました。惑星は地球よりも小さい可能性が高く、これは惑星形成理論の予測と一致しています。 — は ZME Science に説明します。 「 自由に浮遊している惑星は、直接観測するには薄すぎるため、光を曲げる重力による重力マイクロレンズを使用して検出できます。」
状況の重力
チームは、重力マイクロレンズ効果の技術を使用して、この放浪する惑星を発見しました。この技術は、太陽系外の系外惑星を発見するためによく利用されます。太陽系外惑星は、多くの場合、直接観測することはできません。観測できる場合は、親星からの放射線との相互作用の結果です。たとえば、太陽系外惑星が星の前を横切り、星が発する光の一部を遮るときに生じる減光効果です。明らかに、ローグ惑星には親星がないため、これらの相互作用がなく、マイクロレンズ現象がそれらを発見する唯一の方法になります.
「マイクロレンズ現象は、レンズ作用のある物体 —自由に浮遊する惑星または星——が地球を拠点とする観測者と遠く離れた星の間を通過するときに発生します。その重力が偏向し、光源からの光を集束させる可能性があります」と Mróz は ZME Science に説明しています。 「 観測者は、重力マイクロレンズ現象と呼ばれる星の短い増光を測定します。」
Mróz は、マイクロレンズ現象の持続時間は、重力レンズとして作用する物体の質量に依存すると説明し続けます。 「レンズの質量が小さいほど、マイクロレンズ現象は短くなります。通常数日間続く観測されたイベントのほとんどは、星によって引き起こされます」と Mróz 氏は言います。 「自由浮遊惑星に起因するマイクロレンズ現象は通常、わずか数時間しか続かないため、発見が困難です。自由に浮遊している惑星によって引き起こされる一時的な明るくなる現象を見つけるには、空の同じ部分を非常に頻繁に観察する必要があります。」
マイクロレンズ効果の持続時間とその光度曲線の形状を測定することにより、天文学者はレンズ効果のある物体の質量を見積もることができます。それが、チームがこの自由浮遊惑星が地球とほぼ同じ大きさであることを確認できた方法です。 「そのため、ブラック ホールや自由浮遊惑星など、非常に暗い天体を発見することができます」と Poleski 氏は言います。 「タイムスケールが 41 分のイベントであることがわかりました。これまでに発見された最短のイベントです。」
Poleski は、システム内に他のレンズ体がないことから、自由浮遊惑星の非常に有力な候補であるとチームに伝えたと説明しています。彼は次のように付け加えています。「タイムスケールが非常に短いことから、それが惑星であることはわかっています。隣に星が見えないことから、自由に浮遊していると考えられます。」
ゴーイング ローグ。自由浮遊惑星が宇宙を単独でさまようようになる方法
天文学者は、自由浮遊惑星は、「通常の」惑星と同じように、星の周りの原始惑星系円盤で実際に形成されたと信じています。ある時点で、おそらく系内の他の惑星など、他の天体との重力相互作用の後、親の惑星系から放出されます。
「一部の低質量惑星は、惑星系形成の初期段階で親惑星系から放出されると予想されます」と Mróz 氏は言います。 「惑星形成理論によれば、放出された惑星のほとんどは地球よりも小さいはずです。惑星形成の理論では、放出された惑星の典型的な質量は地球質量の 0.3 から 1.0 の間であると予測されています。したがって、このイベントの特性は理論上の期待に合致しています。」
これらの自由浮遊する不正な惑星はかなり一般的であると考えられていますが、見つけるのが非常に難しいため、研究者は確信が持てません. 「私たちの現在の研究は、地球から超地球の質量範囲にある低質量の惑星の頻度が、恒星の頻度に似ていることを示しています。」天の川で」とMrózは言います。 「これらの数値は、短時間スケールのマイクロレンズ現象のいくつかの目撃情報に基づいているため、非常に不確実です。しかし、自由浮遊惑星や広軌道惑星の頻度が恒星よりも低かったとしたら、観測された短時間スケールのイベントは私たちよりはるかに少なかったでしょう。」
研究者は、これらのオブジェクトは比較的一般的ですが、それらによって引き起こされるマイクロレンズ現象を観察する可能性は依然として非常に小さいと付け加えています. 「3 つのオブジェクト (ソース、レンズ、観察者) は、ほぼ完全に位置合わせされている必要があります」と Mróz 氏は言います。 「ソース星を 1 つだけ観測した場合、ソースがマイクロレンズ化されていることを確認するには、ほぼ 100 万年待たなければなりません。」
実際、チームの研究の並外れた要素の 1 つは、現在の世代の望遠鏡の感度を考えると、このような短時間のレンズ現象が観測可能であるとは考えられていなかったことです。
一般的に、現在の技術でこのような短時間のイベントを定義できるということでした」と Poleski 氏は言います。 「以前の記録を何倍も上回るとは、特に驚くべきことです。」
ナンシー グレース ローマン テレスコープと未来のローグ偵察
Mróz 氏には、OGLE-2016-BLG-1928 について回答を求めている質問がまだあります。主に、それが間違いなく自由浮遊惑星であることを確認します。
「私たちの惑星が自由に浮遊しているかどうかは完全にはわかりません。私たちの観測では、惑星から 10 天文単位 (9 億 3000 万マイル) 以内に恒星の伴星が存在する可能性は否定されていますが、惑星にはもっと遠くに伴星がある可能性があります」と Mróz 氏は言います。 「太陽系のドッペルゲンガーによるマイクロレンズ現象を観測していると想像してみましょう。木星または土星がマイクロレンズ現象を引き起こした場合、マイクロレンズ現象の光度曲線に太陽の痕跡が見られます。しかし、天王星や海王星によるマイクロレンズ現象は、太陽から非常に離れているため、自由に浮遊する惑星の現象のように見える可能性があります。」
幸いなことに、Mróz は、自由浮遊惑星と広軌道惑星を区別できるはずだと述べています。 「レンズは天空のソース星に対して相対的に移動しており、マイクロレンズ現象の数年後、レンズとソースは空で分離するはずです」と研究者は詳しく説明しています。 「レンズに恒星のコンパニオンがある場合、その位置に余分な光が見られます。それが自由浮遊惑星である場合、私たちはそうしません。」
この方法は単純に見えるかもしれませんが、既存の望遠鏡は十分に強力ではないため、現在は適用できないと Mróz 氏は言います。これには、OGLE スカイ サーベイ (チームがマイクロ レンズ効果イベント OGLE-2016-BLG-1928 を発見したデータ) を生み出す長期観測を実施した機器が含まれます。
「[OGLE-2016-BLG-1928 の発見] は、一般的なマイクロレンズ現象のより大規模な調査の一部であり、これは多くのステップで実行されます」と Poleski 氏は ZME に語っています。 「 1 つのステップで、私は天王星や海王星に似た、同様の軌道にある広い軌道の惑星を見始めました。それらを探しながら、一般的なマイクロレンズ現象の候補のリストを選別したところ、これを見つけました。」
まもなく NASA の Nancy Grace Roman Telescope がマイクロレンズ現象の探索を引き継ぐことになりますが、それまでの間、OGLE やその他のプロジェクトからのデータを調査する必要があります。 「現在、より多くのデータが得られており、他の調査でもデータが収集されています。そのため、それらを分析したいと考えています」と Poleski 氏は言います。 「長期的な未来は、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡の打ち上げです。ハッブル望遠鏡に似た望遠鏡になりますが、新しい赤外線カメラと赤外線カメラがあり、そのカメラの視野はハッブル宇宙望遠鏡よりも大きくなります。
「ラマン望遠鏡の主なプロジェクトの 1 つは、自由浮遊惑星を含む、マイクロレンズ効果のある惑星を探して銀河バルジを観測することです。」
Mroz, P.、Poleski, R.、Gould, A. 他 ., 「最短時間スケールのマイクロレンズ現象で検出された地球質量のならず者惑星候補」Astrophysical Journal Letters 、[2020] DOI:10.3847/2041–8213/abbfad
