2003年
07月12日号
130億年前に誕生した惑星
130億年と推定されている惑星は、地球の45億年の二倍以上も十二分に古い惑星です。
惑星があることができるのと同じくらい古いそれは、近くにあります。
私たちの宇宙のビック・バン後の10億年の出生で、かろうじて若い太陽のような恒星の回りにできました。
好ましくない荒れた近くに属するので古代の惑星には、著しい歴史がありました。
それは、100,000以上の星々の一群の混雑した中心で、1対の独特な燃え尽きた星々を軌道に乗って回ります。
新しいハッブル調査結果は、10年の推測を終えて、この古代の世界の素性について議論します。
ハッブルの測定値の時まで天文学者は、この物体の素性について討論しました。
それは、惑星か茶色の矮星であるかについてでした。
ハッブルの分析は物体が木星の2.5倍の質量であることを示します。そして、惑星であることを確認しました。
その本当の存在は、天文学者に惑星が私たちの銀河でとても豊富かもしれないと結論させます。ビッグバンの10億年以内で最初の惑星が、速くできたという興味深い証拠を提供しました。
Credit: NASA, Brad Hansen (UCLA), Harvey Richer (UBC), Steinn Sigurdsson
(Penn State), Ingrid Stairs (UBC), and Stephen Thorsett (UCSC)
画像クリックで拡大したものを見られます。
ＮＡＳＡのハッブル宇宙望遠鏡は、天の川銀河で最も古いと知られている
惑星の質量を正確に測りました。
以下、2003年7月10日の速報から詳細について検証することにします。
私たちの太陽と地球がこれまでに存在する遥か長い前に、木星の大きさの惑星は太陽のような星の回りにできました。
130億年後の今、ＮＡＳＡのハッブル宇宙望遠鏡は、最も遠く最も古いと知られている惑星の質量を正確に測りました。
それが好ましくない荒れた近くで徐々に静まったので、古代の惑星には著しい歴史がありました。
そこは、球形の星団の混雑した中心で、1対の独特な燃え尽きた星々を軌道に乗って回ります。
新しいハッブル調査結果は、この古代の世界の本当の性質に関して、10年の推測と議論を終えます。そして、それに各々の軌道を完成させるために世紀がかかります。
惑星は、木星の2.5倍の質量です。
その本当の存在は、天文学者に惑星が宇宙で非常に豊富かもしれないと結論させて、ビッグバンの10億年以内で、最初の惑星が速く作られたという興味深い証拠を提供します。
Credit: Akira Fujii
画像クリックで拡大したものを見られます。
Credit: NOAO/AURA/NSF
画像クリックで拡大したものを見られます。
Credit: NASA and H. Richer (University of British Columbia)
画像クリックで拡大したものを見られます。
Credit: NASA and H. Richer (University of British Columbia)
画像クリックで拡大したものを見られます。
惑星は、現在、夏の星座さそり座の中から離れておよそ5,600光年に位置する古代の球形の星団M4の中心にあります。
それらが宇宙でより重い要素を星の核の炉内で相対量に関して上で火にかけられなかったほど早くできたので、球状星団はとても重い要素が不足しています。
一部の天文学者は、したがって、球状星団が惑星を含むことができないと主張しました。
ハッブルが、接近した軌道に乗って回っている「球状星団47のTucanaeの星々の周辺に熱い木星タイプの惑星を見つけることができなかったとき、この結論が1999年に強められました
天文学者がちょうど間違った場所をのぞきこんでいたようです。そして、今では、星々からより大きい距離で旋回しているその気体-巨人世界が、球状星団において一般的である可能性があります。
今回のハッブル測定値は、惑星形成過程が全く確固としたもので、少量のとても重い元素を利用することで効率的であるという興味深い証拠を提供します。
これは、惑星形成が宇宙の非常に初期に起こったことを意味します。
このことは、惑星が多分球形の星団で豊富だろうという推測をとても後押しすることにつながります。
なぜならば、惑星が以下のような好ましくない環境で見つけられたという事実が、この結論の基礎になりそうです。
2つの星々に捉えられたような軌道に乗って回っているようであること。
その２つの星は、ヘリウム白色矮星と速く回っている中性子星と考えられること。
それに加えて、球状星団の混雑した中心核の近くで、もろい惑星体系が、近隣の星々で重力相互作用のために引き裂かれる傾向があるところであること。
この惑星の発見の話は、1988年に始まりました。そのとき、PSR B1620-26と呼ばれるパルサーが、M4で発見されました。
それは、毎秒100回未満でちょうど回転している中性子星でした。そして、灯台のような規則的な電波パルスを発して放射していました。
2つの星々が、年あたり二回互いを軌道に乗って回ったので、白色矮星は時計のようなパルサーに対するその影響を通して、速く見つかりました。
しばらくしてから、天文学者は、第3の物体が他を軌道に乗って回っていることを意味したパルサーの更なる不規則性に気がつきました。
この新しい物体は、惑星であると思われましたが、それはまた、茶色の矮星または低い質量の恒星の可能性がありました。
その本当の素性についての議論は、1990年代を通して続きました。
Credit: NASA and A. Feild (STScI)
画像クリックで拡大したものを見られます。この画像の解説は、省略していますが、ほぼこの画像の注釈になります。ですから、、拡大画像で確認してください。
Credit: NASA and A. Feild (STScI)
画像クリックで拡大したものを見られます。この画像の解説は、省略していますが、ほぼこの画像の注釈になります。ですから、、拡大画像で確認してください。
天文学者の調査チームは、巧妙な天の探知用の若干の仕事を通して、惑星の実際の質量を測ることによってついに議論を解決しました。
1990年代半ばからの洗練したハッブル・データを持ちより、M4で白色矮星の研究に取り掛かりました。
これらの観察を厳密に調べて、白色矮星がパルサーの周囲を軌道を描いて回っているのを見つけて、その色と温度を測ることができました。
カリフォルニア大学ロサンゼルス校のブラッド・ハンセンによって計算された進化としてのモデルを使うことで、天文学者は白色矮星の質量を推定しました。
回転におけるこのパルサーの信号で、揺れの量と比較して存在しました。そして、地球から見るように天文学者は、白色矮星の軌道の傾きを計算することができました。
揺れているパルサーの電波研究と組み合わせたとき、また、証拠のこの重要な部分が、惑星の軌道の傾きを示しました。そして、正確な質量についてついに計算することができました。
質量は木星のわずか2.5倍で、物体が恒星や茶色の矮星であるにはあまりに小さ過ぎ、その代わりに惑星であるとの結論に達しました。
惑星には、この130億年に渡って荒れた進路がありました。
惑星が生まれたとき、おそらく、木星が私たちの太陽からとはほぼ同じ距離で、その若々しい黄色の太陽を軌道に乗って回りました。
惑星は、猛烈な紫外線放射、超新星放射、衝撃波を生き残りました。そして、これらの現象はその初期の時代に星々の出生の凄まじい火事場風で、若い球状星団を荒廃させたに違いありません。
複数細胞生命が地球上に現れたころ、惑星と恒星はM4の中心に落下していました。
それは、この高密度に混雑した領域で惑星と星団が若かったそれ自身の星の仲間を持った超新星で作られた古代のパルサーの近くを通り過ぎた太陽でした。
スローモーションの重力舞踏で本来の仲間が、宇宙に追い出され、そして、道に迷ったパルサーによって太陽と惑星は捕らえられました。
パルサー、太陽、惑星は、星団の低い密度外の領域に重力はね返りによって身を投げ出されたそれ自身でした。
結局、恒星が年をとったので、それは赤色巨星にふくらんで、パルサーの上に物質を流出させました。
この物質で運ばれる勢いは、1ミリ秒のパルサーとしての「回転」と再喚起で中性子星を引き起こしました。
一方、惑星はペアから、およそ20億マイル離れたところにそのゆっくりした軌道で続けました。それは、ほぼ、太陽と天王星の距離と同じくらいです。
惑星が、地球のような固体の表面ではなく、気体巨人での可能性であることが有望です。
惑星が、宇宙の生活でとても早くつくられたので、多分、炭素と酸素のような多数の元素を豊富にしないでしょう。
これらの理由のために、惑星が生命の生息地としての可能性は、非常にありそうもないです。
例えば、生物が、惑星を軌道に乗って回っている固い月でたとえ現れたとしても、パルサーの回転を伴った激しいＸ線爆風を耐えぬいて生存しそうにないです。
遺憾ながら、どんな文明でもこの惑星の劇的な歴史を目撃して、記録したことはありそうもないです。そして、それはほとんど時間の初めに始まりました。
白色矮星は、惑星の質量に手がかりを与えます。
3つのおぼつかない仲間である2つの燃え尽きた星々と惑星は、100,000以上の星々の古代の球状星団の混雑した中心核の近くで、互いを軌道に乗って回ります。
1つの仲間だけは、しかし画像で見えます。
右側のＮＡＳＡのハッブル宇宙望遠鏡画像において白い矢は、燃え尽きた白い矮星を示しています。
電波天文学者は、十年前に白色矮星と他の燃え尽きた星のパルサーと呼ばれる速く回っている中性子星を発見しました。
第3の仲間の素性は、謎でした。
それは、惑星か茶色の矮星か、議論になりました。
物体は、あまりに小さくて画像にあまりによく見えませんでした。
Credit : NASA and H. Richer (University of British Columbia), NOAO/AURA/NSF
画像クリックで拡大したものを見られます。
Credit : NOAO/AURA/NSF
画像クリックで拡大したものを見られます。
Credit : NASA and H. Richer (University of British Columbia)
画像クリックで拡大したものを見られます。
暗い白色矮星のハッブル観測は天文学者が正確に謎物体の質量を測るのを援助しました。そして、それが木星の2.5倍の質量のある惑星と確認しました。
実際、それは最も遠いものと最も古い認められる惑星です。
ハッブルの広角フィールド惑星カメラ2は、M4の高密度に詰めかけた中心の近くで個々の星々を解像して、白色矮星を正確に指摘しました。
この画像は、星団の仲間を示します。そして、130億年に及ぶ星団がM4と呼ばれています。
上の左画像の四角形は、ハッブルのクローズアップの図の場所を示しています。
白色矮星のハッブル観測は、第3の仲間の身元を発見する鍵を握りました。
天文学者は、白色矮星の色と温度を測るためにハッブルを使いました。
それらの物理的な特性を知っていることによって、天文学者はそれから白色矮星の年齢と質量を計算しました。
星団は、夏の星座さそり座の中で離れて5,600光年に位置しています。
このハッブル画像は、1996年4月、撮りました。
Credit: NASA, Lynn Barranger (STScI), and Greg Bacon (STScI)
画像クリックで拡大したものを見られます。
ここからは、ちょっと解りやすく惑星の発見について質問と答えの形式で深めたいと思います。
どのように、天文学者は惑星がそれほど古いということを知ったのでしょうか？
天文学者は、とても可能性が低い場所であると思ったM4と呼ばれている球形の星団の混雑した中心において、惑星を発見されました。
そこは、夏の星座射手座の中で5,600光年離れたところにありました。
およそ130億年前、大部分の球状星団は、宇宙の初期にできました。
これらの球状星団は、長い間に星々を作るのを止めて、古い星々だけが含まれています。
なぜ、この発見は、重要なのでしょうか？
発見は、宇宙が、惑星のための「構造物質」が珍しかったという事実にもかかわらず、その歴史の非常に初期において惑星を作ることに対して非常に効率的だったことを示唆します。
最初の「星の工場」が、恒星の核融合炉において、酸素、シリコン、窒素、その他を創り出し始めるまで、少なくとも惑星の中心核になるために必要なより重い元素は豊富ではありませんでした。
この発見は、私たちの銀河が惑星で豊富なことを意味します。
そして、惑星がある所で、生命がある可能性がありました。
これは、新しい謎を増やすのでしょうか？
惑星の存在は、天文学者に理論と惑星ができる方法のモデルを再検討をするよう要求するかもしれません。
たくさんのより重い元素とたくさんの時間が木星の大きさの惑星を作るために必要であると思われました。
しかし、どういうわけか宇宙は、その歴史の非常に初期に今のような形に出来上がりました。そのとき、星々はちょうど現れ始めていました。
惑星は、どのように見えたのでしょうか？
惑星は、ハッブルにとって画像としては、あまりに薄暗くそして遠くにあり過ぎていました。
しかし、もっと近づくならば、雲の帯と地帯で、それは多分木星のように見えるでしょう。
また、惑星は主にヘリウムと水素でできていなければならないほどに大きいです。
惑星に、月があるかもしれなくて環に成っています。
何らかの生命が、その惑星で生きることができたでしょうか？
この惑星に生命が居住できているならば、それはおそらく私たちの銀河の中の最も古い文明のうちの1つであるでしょう。
非常に最初のもっと最初の細胞が、地球の原始の海で集まる頃には、その生物形態はとても進化しました。
しかし、私たちが誕生するためにそのことを知っているように、この惑星は木星のような気体巨人であって、生命のために必要と考えられる固体の表面がありません。
しかし、惑星に岩が多い月があるならば、木星の衛星のように、生命の居住地があるかもしれません。
残念なことに、惑星の親星は燃え尽きていますので、星の放射に依存しているどんな生来の生命でも今ごろは凍ります。
あるいは、私たち地球生命の知性の一部が、ひょっとしたらこのような惑星からの移住の子孫である可能性も考えられるようになります。
なぜ、以前のハッブル調査は、惑星を球状星団で見つけられなかったのでしょうか？
1990年代後期の先例となるハッブル観察は、球状星団47のTucanaeで惑星が通過つまり、それらの星々の前で惑星の通過があるかどうかについて探しました。
この種の観察は、近い軌道に乗って回っている巨大な惑星で「熱い木星」と呼ばれる物体を感知できるだけでした
それが見つからなかったという事実があったとしても、球状星団において惑星の存在を妨げませんでした。
しかし、興味をそそるようなこの種の近い軌道に乗って回っている惑星が、球状星団でできないことを示唆していました。
どんな種類の恒星が、惑星軌道を作るのでしょうか？
惑星が生まれたとき、それは私たちの太陽のような恒星を軌道に乗って回りました。
恒星は、中性子星と呼ばれている押しつぶされた回っている星の核によって、後で撮ることができました。
それは、電波エネルギーの灯台光線を出して、また、パルサーと呼ばれています。
どれくらい、惑星を捜し出すことに費やされたのでしょうか？
パルサーは、1980年代後期に行った観察において惑星の存在を示しました。
その時計精度電波パルスで測って、パルサーはわずかに揺れました。
これは、パルサーが2つの軌道に乗って回っている物体によって重力で引かれていることを示しました。
白色矮星は、1990年代に確認されました。しかし、惑星の存在は、10年を越えて天文学者の間で討議されました。
結局、ハッブル望遠鏡観察は、惑星の質量を計算するのに用いられました。そして、木星の2.5倍だけの質量と解りました。
この発見は、物体が茶色の矮星以外であると決定できました。茶色の矮星は、この物体よりもかなり大きい天体です。
どのように、ハッブルは惑星質量を測ることに使われたのでしょうか？
天文学者は、惑星の質量を測るために宇宙の検出用の若干の働きに頼らなければなりませんでした。
ハッブル観察は、惑星が軌道に乗って回る白い矮星を研究するのに用いられました。
2つの物体は、私たちの太陽と天王星の距離とほぼ同じくらいです。
矮星の色と温度を知っていることで、天文学者が矮星の年齢と質量を推論することが可能になりました。
これは、それらがパルサーのその軌道の傾きを計算することも可能にしました。
これは、それから惑星の質量を計算することを可能にして、その軌道が同じように傾いていると仮定することができました。
このページは、ＮＡＳＡ情報の
2003年07月12日号です。
