日本を中心とする国際研究チームが、太陽に似た恒星を周回する新たな複数惑星系を発見しました。この系には、これまでに測定された中で最も高密度な惑星の一つである超短周期惑星が含まれています。11月8日にNature Scientific Reportsに掲載されたこの発見は、極端な環境における惑星の形成と進化に新たな光を当てています。
新たに発見されたK2-360系は、地球から約750光年離れた場所にあります。この惑星系は太陽に似た恒星を周回する以下のような2つの惑星で構成されています：
- K2-360 b：地球の約1.6倍の大きさで、恒星を21時間で周回する超短周期の「スーパーアース（超地球）」（地球より大きいけれど海王星より小さい岩石でできた惑星）です。地球の7.7倍の質量を持ち、同種の惑星の中で最も高密度の惑星として特徴づけられます。
- K2-360 c：地球の少なくとも15倍の質量を持つ、より大きな外側の惑星で、9.8日で周回します。この惑星は恒星の前を通過しないため、正確なサイズは不明です。
「K2-360 bは本当に驚くべき惑星です。地球とほぼ同じ大きさの球体に、地球の約8倍の質量を詰め込んでおり、鉛のように高密度です」と、研究リーダーであるジョン・リヴィングストン氏（アストロバイオロジーセンター）は述べています。「これにより、1日未満で恒星を周回する『超短周期』惑星の中で、[精密なパラメータが求められた]最も高密度な惑星として知られることになりました。」
この発見は、NASAのK2ミッションによって可能になりました。2016年に内側の惑星が恒星の前を通過(トランジット)するのを最初に検出されました。HARPSやHARPS-N分光器を含む地上望遠鏡による追跡観測により、惑星の性質が確認され、外側の伴星の存在が明らかになりました。
K2-360 bの極端な密度は、かつて大きな惑星だったものの中心核が残されたものである可能性を示唆しています。近くの恒星からの強い放射によって惑星の外層が失われたようです。「この惑星は、惑星と恒星が近接した世界の運命の一端を垣間見せてくれます。何十億年もの進化の末に、密度の高い岩石核だけが残されているのです」と共著者のトリノ大学のダヴィデ・ガンドルフィ氏は説明します。
外側の惑星K2-360 cは、この系にさらに興味深い要素を加えています。トランジットこそしないものの、恒星への重力的影響により、その最小質量を測定することができました。コンピューターシミュレーションは、この惑星が系の形成と進化に重要な役割を果たした可能性を示唆しています。多くの恒星の近くを回る惑星は、生まれた時の原始ガス円盤との相互作用で内側に移動したと考えられていますが、K2-360 bは違う方法で現在の軌道に至ったようです。
「我々の力学モデルは、K2-360 cが『高離心率移動』というプロセスを通じて内側の惑星を現在の近接軌道に押し込んだ可能性を示しています」と、ニールス・ボーア研究所の共著者アレッサンドロ・トラーニ氏は説明します。「これは重力相互作用によって内側の惑星の軌道が最初に非常に楕円形になり、その後、潮汐力によって徐々に恒星の近くで円形化するというプロセスです。あるいは、惑星の自転軸の傾きによって潮汐円形化が引き起こされた可能性もあります。」
研究チームの分析によると、K2-360 bは水星よりも地球に似た、鉄分の多い岩石組成を持っています。中心にある恒星の化学組成に基づくモデルを使用して、K2-360 bの質量の約48%を大きな鉄の核が占めていると推定されました。これは、極端な密度にもかかわらず、「スーパーマーキュリー（超水星）」というよりも「スーパーアース（超地球）」に近いことを示しています。
「私たちの内部構造モデルは、K2-360 bが岩石のマントルに囲まれた相当な大きさの鉄の核を持っている可能性を示しています」と、マギル大学の博士課程学生であるマヘシュ・ヘラス氏は説明します。「恒星からの強い熱を受けるため、その表面はマグマで覆われている可能性があります。このような惑星を理解することで、銀河全体のさまざまな条件下での地球型惑星の形成と進化の過程を組み立てる助けとなります。」
K2-360系の発見は、惑星系の構造とそれらを形作るプロセスについて貴重な洞察を提供します。K2-360 bのような超短周期惑星は比較的稀ですが、大質量の外側の伴星を持つものを発見したことで、その形成に関する理論の制約に役立ちます。「K2-360は、極端な環境での惑星の形成と進化を研究するための優れた実験室です」とリヴィングストン氏は結論づけています。
論文情報
論文雑誌: Scientific Reports
タイトル：”An ultra-short-period super-Earth with an extremely high density and an outer companion”
著者: John H. Livingston, et al.
DOI: 10.1038/s41598-024-76490-y
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-024-76490-y