系外惑星探査の新時代は、WASP の「注目すべき」JWST 研究から始まる

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の機器を使用したある系外惑星の大気の研究により、新しい分子と雲の構造が検出されたことが明らかになりました。

インペリアル・カレッジ・ロンドンの研究者を含む大規模な国際チームは、5つの論文にわたる一連の研究で、系外惑星を調査するためのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の能力を実証した。

この望遠鏡は、700 光年離れた恒星の周りを周回する巨大ガス惑星である系外惑星 WASP-39b の大気を調査するために使用されました。 WASP-39b は非常に「ふわふわ」しています。半径は木星より少し大きいですが、質量は半分以下です。 つまり、研究者にとっては勉強しやすい環境が整っているということです。

2021 年のクリスマスの日に打ち上げられた JWST は赤外線天文学を行うもので、ハッブル宇宙望遠鏡の後継です。 新しい研究に使用された近赤外分光器 (NIRSpec)、近赤外カメラ (NIRCam)、近赤外イメージャーおよびスリットレス分光器 (NIRISS) など、数種類の感知機器を搭載しています。

WASP-39b の測定は、惑星がその恒星の前を通過するときに行われ、星の光がその大気を通して輝き、機器に大気の化学組成と構造に関する多くの詳細を提供します。

2022年8月、機器の1つがWASP-39bの大気中で二酸化炭素を検出したと発表され、この分子が系外惑星の大気中で検出されたのは初めてである。 一連の機器全体にわたる新しいデータは、WASP-39bの大気中で一酸化炭素が初めて検出されたことと、系外惑星の大気中で二酸化硫黄が初めて検出されたことも明らかにしている。

研究チームは、二酸化硫黄が光化学、つまり星の光によって触媒される化学反応によって生成されることを発見しました。 光化学副産物が系外惑星で検出されたのはこれが初めてである。 光化学は、上層大気でのオゾンの生成から植物や藻類の光合成、皮膚でのビタミン D の生成まで、地球上の生命の基礎です。

これらの新しい分子を特定するために使用されるプロセスは、以前に発見された水、ナトリウム、カリウムと並んで、研究者に 2 つの元素の割合を比較する元素存在比を早期に把握することもできます。

炭素と酸素の比率やカリウムと酸素の比率などのこれらの尺度は、惑星が若い頃に親星の周囲のガスと塵の円盤からどのように形成されたかについての情報を研究者に提供することができます。

この研究では、WASP-39bの大気中に不均一な雲が存在する証拠も明らかになった。これは土星や木星の雲と同様の現象である可能性がある。

新しい論文は、ジョンズ・ホプキンス大学の博士課程学生ザファール・ルスタムクロフ氏、ブリストル大学のリリ・アルダーソン氏、ウォリック大学のエヴァ・マリア・アーラー氏、シカゴ大学のアディーナ・ファインスタイン氏、シカゴ大学のシャンミン・ツァイ氏が主導した。オックスフォード。

インペリアル・カレッジ・ロンドンの物理学科のジェームス・カーク博士は、NIRSpec PRISM チームの主要メンバーであり、彼自身が作成したソフトウェアを使用してデータの独立した分析を提供しました。

この装置は、惑星が星の前を通過する時間の経過とともに変化する星の明るさを測定することによって機能します。 これにより、8 時間で約 21,500 回の測定が行われます。 カーク博士のソフトウェアは、これらの明るさの測定値を惑星モデルに当てはめて光のスペクトルを生成し、惑星の大気中に存在する原子や分子を明らかにします。

このようにして、彼は地球の大気組成に関する結果を出した最初の人物の 1 人となりました。 彼は次のように述べています。「この惑星のスペクトルを初めて見たとき、私は衝撃を受けました。 スペクトル内の構造レベルと達成した精度の点で、私たちが何か注目に値するものを持っていることはわかっていました。

「JWST が提供する詳細レベルは革命的です。 私たちがまだ JWST 時代の黎明期にいると考えると、非常に興奮します。」