時空の歪みがTESSのアーカイブデータに隠された新惑星を明らかに
注目画像： [前景の星が時空を歪め、背景の星の光を増幅する重力マイクロレンズ効果の概念図；クレジット：NASA/JPL-Caltech]
NASAのトランジット系外惑星探査衛星（TESS）が、アインシュタインの一般相対性理論から直接導かれる技術である重力マイクロレンズを用いて、4万光年彼方の恒星を周回する木星類似の惑星を発見した。The Astrophysical Journal Letters に掲載されたこの発見は、TESSのアーカイブデータにおいて、重力によって束縛されたマイクロレンズ惑星が初めて確定的に検出されたことを示す。
Gaia23bra bと命名されたこの惑星は、質量が約1.63木星質量で、K型矮星を約4.8天文単位（AU）の推定 separation で公転しており、これは太陽から木星までの距離に類似している。主星である小さな橙色矮星は太陽質量の約80パーセントで、TESSの典型的なトランジット探索半径である約150光年をはるかに超えて位置しており、この衛星の銀河全体にわたる到達範囲を示している。
この発見は宇宙の偶然に依存している。すなわち、地球、前景の恒星-惑星系、そして無関係な背景の恒星との間の三体の整列である。前景の恒星が空を横切って移動するにつれて、その重力がレンズのように背景の恒星の光を曲げて増幅した。惑星は二次的なミニレンズとして機能し、鋭く短命な変動であるカースティック交差特徴を生み出し、その存在を明らかにした。
発見の経緯
この物語は2023年、ESAのガイア計画が「Gaia23bra」というアラート名で異常な恒星の増光を報告したことに始まる。ガイアの全天監視はこれを潜在的なマイクロレンズ事象と認識したが、その観測はまばらすぎて惑星規模の信号を解像できなかった。
TESSは偶然にも、同じ空の領域を約200秒に1コマという高頻度で2つの連続するセクターにわたり、合計約60日間監視していた。ニューメキシコ大学の博士候補生であるマロリー・ハリス率いる研究者らが、アーカイブされたTESSの全天周画像を再解析したところ、ガイアが見逃していたカースティック交差特徴を光度曲線の中に発見した。
「その高頻度の光度曲線は、他のどのサーベイも発見できなかった詳細を明らかにした」とチームは述べている。ガイアとTESSの両データセットに対してpyLIMAおよびpyLIMASSソフトウェアパッケージを用いた共同モデリングにより、惑星のバイナリレンズシグネチャが確認された。
なぜこれが重要なのか
既知の約6,000個の系外惑星のうち、マイクロレンズによって発見されたのは5パーセント未満である。この方法は、木星のようなガス giant が形成されるスノーライン付近の、より広い軌道距離にある惑星に対して特に感度が高く、トランジット法や視線速度法では検出が困難である。しかし、マイクロレンズ事象は一度きりの現象であり、整列が繰り返されることはないため、それぞれの検出が貴重なものとなる。
この発見は、トランジット法専用に設計されたTESSが、マイクロレンズ観測所としても機能することを証明している。これにより、これまでこの信号について分析されることのなかった8年分のTESSアーカイブデータに、さらに多くの惑星がすでに隠れている可能性が開かれる。
この成果はまた、2026年末に打ち上げ予定のNASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡の先駆けとしても機能する。ローマンは銀河バルジの専用マイクロレンズサーベイを実施し、約1,000個のマイクロレンズ惑星を発見すると期待されている。
「Gaia23bra b: A Microlensing Planet Discovered in Archived TESS Data」と題された論文は、The Astrophysical Journal Letters（DOI：10.3847/2041-8213/ae7a50）に掲載され、ニューメキシコ大学、テキサス工科大学、オハイオ州立大学などの研究機関からの共著者が名を連ねている。
雅子 訳