天文学者らは初めて、系外惑星の大気中で重水分子を検出し、遠く離れた惑星がどのように形成され進化するかについて新たな知見を得た。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を用いてホットジュピターWASP-39bを観測したミュンヘン大学の研究者を中心とするチームは、水素原子の一つがより重い同位体である重水素に置き換わった重水素化水同位体種HDOを特定した。この成果は7月21日にarXivで発表された。
水の指紋
HDOは通常の水の珍しい変種であり、通常の水に対するその存在量は、惑星の水がどこから来たのか、どのようなプロセスで形成されたのかについての情報を秘めている。太陽系では、重水素・水素比は劇的に異なる。地球の海洋は約1.6×10^-4、木星と土星はさらに低く、一方、彗星や小惑星はより高い比率を示し、原始太陽系星雲の条件を反映している。
WASP-39bでは、チームは水中のD/H比を4.0×10^-3と測定した。これは地球の海洋の約25倍であり、太陽系のすべての巨大ガス惑星を大幅に上回る。この値は、一部の原始星環境や太陽系内部の天体で測定された比率と重なる。
その意味するところ
この高い比率は、2つのシナリオのいずれか、またはその両方の組み合わせを反映している可能性がある。WASP-39bは、形成時にその星系のスノーライン以遠から重水素に富む氷や岩石を取り込み、後にその物質が観測可能な大気に混ざった可能性がある。あるいは、鉛直輸送、光化学、水素散逸を含む進行中の大気プロセスが、JWSTが観測する上層に重水素を集中させた可能性もある。
「これは系外惑星の大気中の水に対する初めての同位体比測定である」とチームは記している。この検出は、JWSTが惑星の形成史の痕跡を伝える、一般的な分子の微妙な化学的変種である希少な同位体種を識別する感度を持つことを示している。
地球から約700光年離れたホットジュピターであるWASP-39bは、系外惑星大気科学のベンチマーク的な存在となっている。JWSTは以前に、その大気中で二酸化炭素、二酸化硫黄、その他の分子を検出している。HDOの検出は、太陽系外で最も徹底的に特徴づけられた系外惑星に新たな次元を加えるものである。
雅子 訳