AI によって生成された画像。大気中に小さな石英の結晶があり、恒星の前を通過する系外惑星 WASP-17 b の芸術的な描写。 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、高温ガス巨大惑星系外惑星 WASP-17 b の透過スペクトルを捕捉し、系外惑星の雲の中に石英 (SiO2) が存在する証拠を初めて明らかにしました。実際、この画期的な発見は、通過中の系外惑星における特定の雲種を初めて特定したものである。
「私たちはとても興奮しました！」英国ブリストル大学の研究者であり、この新しい研究の筆頭著者であるデビッド・グラント氏は述べた。 「ハッブル観測から、WASP-17 b の大気中にエアロゾル（雲や霧を構成する小さな粒子）が存在するに違いないことはわかっていましたが、それが石英でできているとは予想していませんでした。」
ふわふわでふわふわした熱い系外惑星
WASP-17 b は地球から約 1,000 光年 (310 パーセク) の距離にあります。それは、密度が非常に低い、大きくて熱い木星型の惑星です。実際、これはこれまでに発見された「最も膨らんだ惑星」の一つです。しかし、私たちにはそれを見ることができません。私たちがそれがそこにあることを知るのは、星からの光の一部が遮られるからです。それが「トランジット」系外惑星と呼ばれる理由です。なぜなら、私たちがそれについて知っていることは、それが恒星の前を通過するときからわかっているからです。
しかし、ジェームズ ウェッブ望遠鏡を使った新しい研究のおかげで、その大気中に何が含まれているかがわかっています。
天文学者らは、惑星が恒星の前を横切るときの明るさの変化を28の異なる波長にわたって測定した。星が発した元の光と惑星の大気を通過した光の差を計算することで、科学者はどの波長が惑星の大気によって吸収されたかを決定し、惑星の組成を知る手がかりを得ることができました。
画像クレジット:NASA/ESA データはほぼ 10 時間にわたって収集され、惑星が主星を通過する前、通過中、通過後の 1,275 件以上の測定値が含まれていました。各波長について、惑星の大気によって遮られる光の量（上の図の白丸）は、恒星が発する光から大気を通過した光を差し引くことによって計算されました。異なる分子は異なる波長に対応し、石英の波長には驚くべき「バンプ」がありました。
言い換えれば、水晶の存在は観測データを完全に説明できることになります。
珍しい場所にあるありふれた鉱物
石英は地球上で一般的な鉱物であり、おそらく他の岩石惑星にも存在します。しかし、それは大気ではなく地球の地殻に存在します。それは研究者たちがまったく期待していたことではありません。共著者であるブリストル大学天体物理学准教授のハンナ・ウェイクフォード博士は次のように述べています。
「私たちはケイ酸マグネシウムが見つかることを完全に期待していました。しかし、代わりに私たちが見ているのはおそらくそれらの構成要素、より低温の系外惑星や褐色矮星で検出されるより大きなケイ酸塩粒子を形成するために必要な小さな「種」の粒子です。」
WASP-17 b の水晶の形状はおそらく地球上の宝石店で見つかるもの (尖った六角柱) に似ていますが、はるかに小さいです。それぞれの直径はおそらく約 10 ナノメートル、つまり人間の髪の毛の幅の 10,000 分の 1 です。
水晶は次のようになります。画像クレジット:Jason / Unsplash。 大気中の結晶については、もう 1 つ興味深い点があります。水晶はケイ素と酸素からなる鉱物です。しかし、ケイ酸塩鉱物はそれだけではありません。実際、天文学者が系外惑星でケイ酸塩結晶の兆候を発見する場合、それは通常、純粋な石英ではなく、他のケイ酸塩鉱物（カンラン石や輝石など）です。研究者らは、この惑星の特殊性がこれを説明できるのではないかと考えています。
「WASP-17 b は非常に高温で、摂氏約 1,500 度 (2,700 °F) で、大気中で形成される圧力は、私たちが地表で経験する圧力の約 1,000 分の 1 にすぎません」とグラント氏は説明しました。 「これらの条件では、最初に液相を経由せずに、気体から直接固体結晶が形成される可能性があります。」
しかし、WASP-17 b をユニークなものにしているのは水晶だけではありません。
奇妙な、地獄のような惑星
WASP-17 b はいくつかの理由から奇妙です。 「ホットジュピター」であることは珍しくありませんが、その回転方法からすると珍しいです。星の軌道とは逆の方向に回転します。 2009 年に発見されたとき、それが知られている唯一の惑星でした。実際、この発見は非常に驚くべきもので、従来の惑星形成理論に疑問を投げかけました。
しかし、この惑星自体は潮汐的に固定されており、地球上の私たちが月の片面しか見えないのと同じように、星は片面しか「見えない」のです。これは、一方の側がもう一方の側よりもはるかに高温であることを意味します。これにより、パーティクルを高速で移動させる巨大な風が発生します。
「雲は昼と夜の移り変わりに沿って存在する可能性が高く、それが私たちの観測が調査する領域です」とグラント氏は述べた。 「風により、これらの小さなガラスの粒子が時速数千マイルで移動している可能性があります。」
この研究はハッブル望遠鏡にも敬意を表しています。結晶の化学的特徴は、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載されたツールのおかげでのみ可能でしたが、ハッブルもその役割を果たしました。
「ハッブル データは実際、これらの粒子のサイズを制限する上で重要な役割を果たしました」と、共著者であるコーネル大学のニコール ルイス氏は説明しました。彼は熱い木星大気の 3 次元ビューの構築を支援するために設計されたウェブ保証時間観測 (GTO) プログラムを主導しています。 「ウェッブのデータだけでもシリカが存在することはわかっていますが、結晶の大きさを把握するには、状況を把握するためにハッブルによる可視光と近赤外線の観測が必要でした。」
地球上にどれだけの石英が存在するのか、そしてこれが他の系外惑星にとって何を意味するのかを正確に把握するのは難しい。しかし、WASP-17 bの大気中での石英の発見は、惑星科学者にとって単なる「ユーレカ」の瞬間ではなく、転換点です。ジェームス ウェッブを使えば、系外惑星の大気をかつてないほど詳細に調べることができます。私たちのツールがより洗練されるにつれて、宇宙の複雑さに対する私たちの見方も変わります。
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、まだ運用開始の初期段階にありますが、すでに系外惑星について私たちが知っていることの最前線を再定義しつつあります。この研究は、特にハッブルなどの他の望遠鏡と組み合わせた場合に、どの程度のことを達成できるかを示しています。
研究「JWST-TST DREAMS:WASP-17b の大気中の石英雲」は、Astrophysical Journal Letters 誌に掲載されました。 .
