JWST、死んだ星を周回する惑星の大気中にエアロゾルと炭化水素を確認
注目画像： 白色矮星を通過する木星サイズの惑星の想像図；クレジット：NASA/ESA/Joseph Olmsted (STScI)
天文学者らは初めて、死んだ星を通過する惑星の大気を検出した。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を用いて、セント・アンドリュース大学が率いる国際チームが、地球から80光年離れた白色矮星を周回する木星サイズの世界WD 1856 bの大気中に、小さな雲粒子（エアロゾル）と炭化水素、おそらくメタンを特定した。この発見は7月1日付のNatureに掲載された。
この発見は系外惑星科学のマイルストーンである。白色矮星は、核燃料を使い果たし外層を放出した後、地球サイズの恒星の残骸に collapse した太陽類似星の残り火である。これまで、そのような星系にある惑星の大気を特徴づけることに成功した者は誰もいなかった。
WD 1856 bは、わずか0.02天文単位の距離で34時間ごとに軌道を完了しており、地球と太陽の距離の50倍以上近い。軌道が接近しているにもかかわらず、この惑星は主星だけから熱を受けているわけではない。JWSTは、昼側の温度が約400ケルビン（127℃）と測定し、受動的な恒星加熱が予測するよりも有意に高温であることを示した。この過剰な熱は、この三重星系における伴星からの重力摂動が、白色矮星が形成されてから数十億年後に惑星を現在の軌道に蹴り出した際に生じた潮汐再加熱の名残である。
「最大の疑問は、WD 1856 bがどのようにして現在の位置に到達したかです」と、ノースウェスタン大学のクリストファー・オコナー氏（研究の共著者）は述べた。
答えは高離心率移動にあるようだ。この惑星はもともと主星から遠く離れて軌道を回っており、内部の天体を飲み込んだであろう赤色巨星相を生き延びた。恒星が白色矮星になってから約30億から50億年後、恒星の伴星からの重力の揺動により、惑星は現在の接近軌道に突入し、潮汐力によって軌道が円形化され大気が再加熱された。この再加熱のタイミングは、赤色巨星相での飲み込みと100億年にわたる受動的冷却の両方を除外する。
JWSTのNIRSpec PRISM装置を用いたわずか8分間の通過中に得られた透過スペクトルは、体積比で約7パーセントのメタンと太陽の100倍の炭素水素比を持つ、炭素強化された水素・ヘリウム外層を明らかにしている。塩化カリウム粒子からなる光学的に厚い雲層が約100ミリバルの高度に位置している。3.6〜4.5シグマの複合信頼度での炭化水素の検出は、白色矮星の惑星大気でこのような化合物が確認された初めての事例である。
「これはタイムマシンを使って太陽系の遠い将来を覗くようなものです」と、セント・アンドリュース大学の主著者ライアン・マクドナルド氏は述べた。
約50億年後、太陽は赤色巨星になり、水星、金星、そしておそらく地球を飲み込むだろう。木星と土星は生き残り、同様のメカニズムで内側に移動し、WD 1856 bのような天体、つまり白色矮星の残り火を周回するホットジュピターになる可能性がある。この惑星の大気の炭素濃縮は、移動中または移動後に氷や有機物を含む揮発性物質に富んだ物質を降着したことも示唆している。
この研究は、2023年4月のデータを使用したJWSTプログラムGO-2358（PI: MacDonald）のもとで実施された。2つの独立した還元パイプライン、FIREFLyとJuniperが一貫した結果を出した。さらなる大気化学の特性評価のために、JWSTによる追加の4回の通過がすでに観測されている。
雅子 訳