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宇宙を自由に旅する地球外の地球?! ~最小サイズの自由浮遊惑星~

宇宙を自由に旅する地球外の地球?! ~最小サイズの自由浮遊惑星~科学
宇宙を自由に旅する地球外の地球?! ~最小サイズの自由浮遊惑星~

 

地球は太陽系の一員で、太陽の周りを離れることなくずっと回り続けています。

私たちの知る 太陽系外の4,000もの惑星 も、それぞれ星系の“一員“です。

一方、宇宙にはどの星系にも属さず、孤独に単体で銀河を浮遊する気ままな惑星も存在します。科学誌に、そんな“自由浮遊惑星”を巡る新たな研究が掲載されました。

その研究によると、地球と同サイズのものを史上初めて発見したというのです。今回は、自由浮遊惑星と今回の新発見を取り巻く宇宙の神秘を探っていきましょう。

 

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自由に宇宙を旅する孤独な惑星“自由浮遊惑星”とは

現在、4,000を超える太陽系外惑星が発見されており、どれも地球のように星の周りを回っていると言われています。

一方、「自由浮遊惑星」が存在する以上は、惑星の形成と進化の理論上、必ずしも惑星はいずれかの星に重力的な束縛を受けているわけではないことを示しています。

こうした惑星が生まれる背景としては、星の誕生と同様に宇宙を漂うガスや塵の雲から初めから孤立した状態で生まれる場合もあれば、星系に属していたところへ別の天体との衝突などにより、押し出されてしまった場合などが考えられるようです。

これまで発見された自由浮遊惑星は、地球の300倍のサイズの木星の、さらに2倍から40倍の質量を持つ巨大な惑星の、さらに数倍という巨大なものばかりでした。

今回の発見が“地球サイズ”であるため、人類の観察史上、最小サイズの自由浮遊惑星を発見したことになり注目を集めているのです。

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重力マイクロレンズ効果で探す自由浮遊惑星

私たちが自由浮遊惑星を探す場合、どういった方法があるのでしょうか?ここでは、アインシュタインの一般相対性理論の効果で生じる現象「重力レンズ」をご紹介しましょう。

これは、“地球にいる観測者”と、“遠い天体”の間を巨大な質量の物体が通過するとき、重力によって背後の天体の光を偏光させ、いわゆる虫眼鏡のように集めるものです。

これにより、遠い天体の光量が一時的に増えて見えることになります。

もちろん、惑星レベルの重力では生み出される重力レンズは僅かなものです。そのため自由浮遊惑星を発見するための、この方法は「重力マイクロレンズ法」と呼ばれています。

また、光を屈折させる物体が小さければ小さいほど、星の明るさが変化する時間も短くなります。

木星の数倍ほどの質量を持つ惑星の場合であれば、数日ほど背後の天体が明るくなることがありますが、地球サイズの場合には ほんの数時間かそれ未満しか効果が続きません。

こういった背景もあり、これまでは木星の数倍以上の自由浮遊惑星が、僅かな数だけ発見されているに過ぎませんでした。広大な宇宙からこの小さな変化を見つけ出すのは非常に骨の折れる作業なのでしょう。

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2万7千光年離れた重力マイクロレンズの発見

「1つの天体の光源だけを頼りに重力マイクロレンズの作用を待っていたら、自由浮遊惑星を発見するのには“100万年近く”待つ必要があるでしょう」

今回の研究の主な執筆者である、カリフォルニア工科大学のモルズ氏はそう語ります。

しかし、幸いなことにモルズ氏のチームは1つの星だけを期待して観察している必要はなく、何億もの星を一挙に観測することが出来たのです。

これを可能にしたのは、ポーランドのとある大学が主導する「重力マイクロレンズを発見するプロジェクト」でした。

このプロジェクトは当初別の目的のために始動しましたが、90年台前半以降30年近くに渡り、少なくとも17個の太陽系外惑星を発見しています。プロジェクトは最大かつ最長規模での調査でした。

モルズ氏のチームも、このプロジェクトの原理を利用して天の川の中心部で重力マイクロレンズの兆候を探していく中で、史上最も短い重力マイクロレンズ現象を発見しました。

それは地球からは“2万7千光年”離れた場所で、約42分間だけ光が明るくなっていました。重力マイクロレンズ現象が続く時間は、そこにある天体の質量と連動しています。

この観測データから逆算すると、この天体は地球とほぼ同一サイズ、または半分程度の質量で、周囲が8天文単位(地球・太陽間を基準にした宇宙の距離単位)以内のどの星にも属してはいませんでした。

それは、これまで発見されていないサイズの“小さな自由浮遊惑星”でほぼ間違いないと確認されたのです。

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自由浮遊惑星に人間が生存できる可能性がある?!

地球外で生命が存在し得る場所については、前々から研究者たちの注目を集めてきましたが、それを叶える条件の1つに「液体としての水が保たれる」ことが挙げられます。

通常は恒星の周りを回っている惑星がその研究対象になりますが、今回のような自由浮遊惑星でもその条件を満たす可能性を示した研究成果が発表されました。

フロリダ工科大学とハーバード大学の研究者は、「自由浮遊惑星」において、3つの物質が液体で保たれる可能性を検討しました。その物質とは、水、アンモニア、エタンです。

自由浮遊惑星は、恒星から受け取るエネルギーが極めて少ない、またはそもそも受け取ることができないため、両氏は代替エネルギー源として“放射性元素の崩壊熱”を利用しました。

原子力発電施設や核兵器などにも使われる放射性元素は、地球の地殻などにも含まれており、壊れるときに放出されるエネルギーは最終的には熱となるため、これを応用したのです。

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両氏の研究では、地球と同じ質量で表面が1気圧の天体を仮定した条件で行われました。

その結果、放射性元素の量が地球と比較して100倍の場合、マイナス140度ほどの表面温度が長期間維持され、表面にエタンが液体の状態で数億年保持される可能性が示されました。

また、質量が地球の10倍で放射性元素の量が1000倍であれば、表面温度は人間が普通に生活できるほどの温度に落ち着くため、表面に水が同じく液体として同等の期間に渡り保たれる可能性があることも示されています。

このような環境では強い放射線にさらされますが、両氏の研究は強い放射線のもとでも生命が存在できる可能性にまで及んでいるそうです。

研究で検討された放射性元素は“ウラン238”や“トリウム232”ですが、星々が密集している天の川銀河の中央であれば、そのような元素を多く含む惑星が形成される可能性も高まると考えています。

なお、間も無く打ち上げが予定されているNASAの宇宙望遠鏡であれば、このような天体が放出する赤外線の検出も期待できるとのことです。

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“地球サイズの自由浮遊惑星”研究の今後

惑星形成理論によれば、銀河には“数千億”もの自由浮遊惑星があり、その多くは地球質量以下のものだとこれまで予想されていました。

しかし、この予想に従った地球質量以下の自由浮遊惑星は実際のところ今回が初めての発見であるため、今回の主役となったモルズ氏も驚きを強調しています。

この自由浮遊惑星がどこからやってきて、当初はどの星系に属し、そこからどれだけ移動してきたのかは、現在の技術では解明されていません。

ただし、NASAが2020年代半ばに打ち上げ予定の宇宙望遠鏡によって、今回のような僅かなマイクロレンズよりも圧倒的に効率的な探索が可能になると言います。

まだほとんど見つかっていない稀で孤独な “地球サイズの自由浮遊惑星”の秘密が明らかになり「惑星形成の構造」という大きなテーマの解明に貢献していくのは、まさにこれからと言えそうです。

 

いかがでしたか?
まだ謎の多い自由浮遊惑星ですが、何にも縛られず宇宙を漂う存在には、ロマンを感じずにはいられない方も多いのではないでしょうか?私たちが生きている間に少しでも多くの宇宙の神秘が解明されることを祈りましょう。

参考 : sciencemag, University of Warsaw, など

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