太陽系から約 100 光年の距離にある低温の恒星 LP 890-9 (別名：TOI-4306、SPECULOOS-2) の周りに２つのスーパーアースが発見されました。外側のスーパーアース LP 890-9 c は、惑星表面に液体の水が存在しうる領域 (ハビタブルゾーン) 内を公転しています。今回の発見は、NASA のトランジット惑星探索衛星 TESS と、ベルギー・リエージュ大学の研究者らによる SPECULOOS プロジェクト、そして、東京大学とアストロバイオロジーセンターの研究者らによる多色同時撮像カメラ MuSCAT3 とすばる望遠鏡の IRD の観測が連携することによって成功しました。
2022年現在、惑星が恒星の手前を通過する「トランジット」という現象を利用した系外惑星の探索が、トランジット惑星探索衛星 TESS (注１) によって行われています。TESS は、４台の超広視野カメラを用いて空の 24 度× 96 度の領域を 27.4 日ずつ観測し、トランジットの際に起きる恒星の周期的な減光を探しています。今回惑星が発見された、低温の恒星 (赤色矮星；注２) LP 890-9 は、周期約 2.73 日の減光が TESS で発見され、トランジット惑星候補「TOI-4306.01」という名前で 2021年7月21日に世界に公開されました。
TESS の公式追観測プログラムである TFOP (TESS Follow-up Observing Program) に参加している日本の MuSCAT チーム (注３) とベルギーの研究者らによる SPECULOOS チーム (注４) は、2021年8月以降それぞれ独立に、この惑星候補が本物か確認するための追観測に取り組みました。これは TESS で発見される周期的な減光が、２つの恒星 (連星) がお互いを隠す場合にも起こりうるからです。
MuSCAT チームは、マウイ島のハレアカラ観測所に設置した４色同時撮像カメラ「MuSCAT3」による多色トランジット観測と、すばる望遠鏡の赤外線ドップラー装置 IRD による視線速度の観測から、2021年10月までに TOI-4306.01 が惑星 (LP 890-9 b) であることを確認しました。
一方、SPECULOOS チームは2021年8月から TOI-4306.01 のトランジット時刻以外も含めて LP 890-9 の継続的な観測を行い、2021年10月と11月に TOI-4306.01 とは別の周期の減光 (別のトランジット惑星候補) を発見しました。SPECULOOS チームのデータでは惑星の公転周期を１つに絞り込むことができませんでしたが、MuSCAT チームは SPECULOOS チームと協力して MuSCAT3 での追観測を行い、このトランジット惑星候補が本物の惑星 (LP 890-9 c) であり、公転周期が約 8.46 日であることを突きとめました。
MuSCAT チームを率いる東京大学の成田憲保教授は、「IRD による視線速度測定は、惑星候補の質量に強い制限を与え、LP 890-9 を公転する２天体が本物の惑星であることを示す決め手になりました」と語ります。
発見された２つの系外惑星 LP 890-9 b と LP 890-9 c は、半径がそれぞれ 1.32 地球半径と 1.37 地球半径のスーパーアース (注５) です。この半径の惑星は、理論的には、地球よりやや大きな岩石惑星と考えられます。この２つのうち外側にある LP 890-9 c は、主星 (LP 890-9) からの距離が惑星表層に液体の水を保持しうる条件を満たした領域、いわゆるハビタブルゾーン (生命居住可能領域) 内にあります。公転周期が 10 日に満たない、つまり、主星のすぐ近くにある惑星がハビタブルゾーンにあるのは、主星が太陽の 15 パーセントほどの半径の小さな恒星で、その表面温度が摂氏約 2600 度しかないためです (太陽は摂氏約 5500 度)。
LP 890-9 c はまだ発見されたばかりで、そこがどんな世界で、はたして生命が育まれているのかどうかも現時点ではわかりません。しかし、LP 890-9 c はトランジット惑星であるため、将来のトランジットの追観測によって大気組成や雲の有無など大気の性質を詳しく調べることができます。大気の性質は地表に液体の水が安定的に存在出来るかどうかに大きく影響します。たとえ将来の観測でこの惑星には生命が存在しそうにないとわかっても、ハビタブルゾーンにある岩石惑星がどのような大気を持つのかを研究することは、私たちの住む地球が宇宙の中でどんな存在なのかを位置付ける上で重要です。その点において、今回の発見は将来のさらなる研究へとつながる重要な研究対象をもたらしたといえます。
本研究成果は、欧州科学誌『アストロノミー＆アストロフィジックス』のオンライン版に2022年9月7日付で掲載されました (Delrez et al. “Two temperate super-Earths transiting a nearby late-type M dwarf“)。
本研究は、科学研究費助成事業 (科研費：課題番号 JP15H02063、JP17H04574、JP18H05439、JP18H05442、JP19K14783、JP21H00035、JP21K13975、JP21K20376、JP22000005)、特別研究員奨励費 (課題番号 JP20J21872)、科学技術振興機構 (JST) 戦略的創造研究推進事業 CREST (課題番号 JPMJCR1761)、自然科学研究機構アストロバイオロジーセンタープロジェクト (課題番号 AB031010、AB031014)、社会福祉法人梓友会からの支援を受けて実施されました。
詳しくは東京大学のプレスリリースをご覧ください。
(注１) トランジット惑星探索衛星 TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) は、マサチューセッツ工科大学が中心となって実施している NASA の衛星計画です。2018年4月18日に打ち上げられ、２年間でほぼ全天のトランジット惑星を探索するという計画を実施してきました。現在は第２期延長計画が実施されており、５年目の観測が行われています。第１期延長計画までの４年間で、5000 個を超えるトランジット惑星候補を発見してきました。
(注２) 表面温度がおよそ摂氏 3500 度以下の恒星を赤色矮星と呼びます。実は宇宙に存在する恒星の８割近くは赤色矮星で、太陽系の近傍にある恒星の多くも赤色矮星です。太陽よりも小さく、表面温度も低いことから、太陽系の場合よりも恒星に近い位置にハビタブルゾーンがあります。
(注３) MuSCAT シリーズは、岡山県の 188 cm 望遠鏡、スペイン・テネリフェ島の 1.52 m 望遠鏡、アメリカ合衆国・マウイ島の２m 望遠鏡に搭載された、３つもしくは４つの波長帯で同時にトランジットを観測できる観測装置 (装置名称はそれぞれ MuSCAT、MuSCAT2、MuSCAT3) です。MuSCAT は Multicolor Simultaneous Camera for studying Atmospheres of Transiting exoplanets の略で、岡山県の名産品にちなんでいます。
(注４) SPECULOOS は、ベルギーのリエージュ大学の研究者がリードする、赤色矮星周りのハビタブルゾーンを公転するトランジット惑星の探索プロジェクトです。SPECULOOS は Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars の略で、ベルギーの伝統的なビスケットの名前にちなんでいます。
(注５) 半径が地球の１～ 1.5 倍程度の、地球よりやや大きな惑星のことをスーパーアースと呼びます。理論上、この半径の惑星は、水素大気を持つ小さなガス惑星 (サブネプチューン) である可能性が極めて低い (水素大気を維持できない) ため、岩石を主体とした惑星と考えられます。
すばる望遠鏡について
すばる望遠鏡は自然科学研究機構国立天文台が運用する大型光学赤外線望遠鏡で、文部科学省・大規模学術フロンティア促進事業の支援を受けています。すばる望遠鏡が設置されているマウナケアは、貴重な自然環境であるとともにハワイの文化・歴史において大切な場所であり、私たちはマウナケアから宇宙を探究する機会を得られていることに深く感謝します。
■関連リンク