海王星サイズなのに鋼鉄より高密度、奇妙な系外惑星を発見
国際的な天文学者チームが、海王星ほどの大きさしかないのに鋼鉄よりも密度が高い系外惑星を発見した。チームは、その組成が惑星同士の巨大衝突の結果である可能性があると考えている。
天文学者らは、約545光年先に目を向けたところ、極めて特異な系外惑星を見つけて大いに驚いた。
その惑星はTOI-1853bで、半径は地球の3.46倍。太陽の約80％の大きさの橙色矮星である主星の周りを、地球時間で1.24日ごとに公転している。半径はそれほど大きくないが、質量は驚異的で、地球の73.2倍に達する。海王星の質量は地球の17.15倍にすぎない。
この大きさと質量から、研究チームはTOI-1853bの密度を1立方センチメートル当たり9.7グラム（g/cm3）と算出した。一方、海王星の平均密度は1立方センチメートル当たり1.64グラム、地球は5.51グラムにとどまる。鉄の密度は1立方センチメートル当たり7.87グラムで、鋼鉄もほぼ同じだ。
海王星ほどの大きさの系外惑星だが、不可解なことに質量は地球の73.2倍もある。比較すると、海王星の質量は地球の17.15倍であり、このためTOI-1853bは「鋼鉄よりも密度が高く」、その質量は「これまでに知られている海王星サイズのどの惑星と比べてもほぼ2倍」となる。（写真：Scitechdaily）
TOI-1853bの密度は、この惑星が主に高密度の物質でできており、大気はあまり多くないはずだということを示している。
系外惑星、つまり太陽以外の恒星を回る惑星を分類する際、天文学者は太陽系との比較に頼る。研究者らは、矮星の近くに海王星ほどの大きさの興味深い天体があることに気づいた後、地上と宇宙のさまざまな望遠鏡を使ってさらに詳しい情報を集めた。観測しているものが恒星ではなく確かに惑星であると確認した後、残された謎は、何がこれほど特異な惑星を生み出したのかということだった。
その奇妙な特徴を最もよく説明するのは壊滅的な衝突だという。この新たな研究成果は科学誌ネイチャーに掲載された。
8月31日に科学誌ネイチャーに発表された研究で、ローマ・トル・ヴェルガータ大学のルカ・ナポニエッロ（Luca Naponiello）氏率いる科学者チームは、この惑星は惑星同士の衝突によって生まれたと提唱している。こうした巨大衝突によって軽い大気や水の一部がはぎ取られ、大量の岩石が残されたという。（写真：Inverse）
これまでに5500個以上の系外惑星が発見されており、天文学者らは系外惑星の大きさや組成が多種多様であることを知っている。
研究の共著者で、ブリストル大学物理学部の計算惑星科学者フィル・カーター（Phil Carter）氏によると、系外惑星は太陽系に「類似するものがない」ことが多いという。
研究チームは、この系外惑星（TOI-1853b）がなぜこれほど奇妙なのかを解明するため、衝突シナリオのシミュレーションを行った。その結果、TOI-1853bはもともと水に富んだ巨大ガス惑星だった可能性があると結論づけた。
共著者で准教授のゾーイ・ラインハート（Zoë Leinhardt）博士は次のように述べた。「私たちはこれまで、これほど極端な衝突を調べたことはなかった。想定していなかったからだ。シミュレーションの基盤となる物質モデルを改良し、モデル化する極端な衝突の範囲を広げるには、まだ多くの課題が残っている」
カーター氏は大学の発表で、TOI-1853bが大気や軽い氷を失い、現在のような極めて高密度の天体になるには、別の惑星のような巨大天体が秒速75キロメートルでTOI-1853bに衝突する必要があったと説明した。
この惑星は、銀河全体の惑星形成過程で巨大衝突がいかに一般的であるかを示す新たな証拠となる。今回の発見は、太陽系に基づく惑星形成理論と系外惑星の形成とを結びつけるのに役立つ。この極端な惑星の発見は、惑星系の形成と進化について新たな知見をもたらすものだ。（写真：ZME）
「この惑星には本当に驚かされた」と、研究の共著者でブリストル大学の博士課程学生ジンヤオ・ドウ（Jingyao Dou）氏は発表の中で語った。
研究チームは今後、TOI-1853bの周囲に大気の痕跡がないかを探る追加観測を行い、その組成を分析して、予測された衝突シナリオが実際に起きたのかを確かめる予定だ。
今回の研究は、現代の望遠鏡が成し遂げられることを示す好例でもある。この研究は、宇宙にあるNASAのトランジット系外惑星探索衛星（TESS）のデータに加え、ハワイのケック II 望遠鏡、ハワイのジェミニ北望遠鏡、チリの南天天体物理研究望遠鏡（SOAR）、カナリア諸島のガリレオ国立望遠鏡（Telescopio Nazionale Galileo）のデータによって実現した。
