大きな飛躍で「温度計」分子が系外惑星で発見

ドッテッドヒップ/iStock

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The Astrophysical Journal Lettersに掲載された最近の研究によると、天文学者チームが系外惑星の複雑な大気をより深く理解するための新しいツールを開発したという。

高解像度のスペクトル観測を使用して、彼らはWASP-31bとして知られる熱い木星系外惑星の大気中に水素化クロム（CrH）が存在することを確認することに成功した。

コーネル大学文理学部の共著者で天文学の研究員である天文学者のローラ・フラッグ氏によると、温度変化に対して顕著な感度を示す分子である水素化クロムは「星の温度計」としての評判を得ているという。私たち

「クロム水素化物分子は温度に非常に敏感です。高温ではクロムだけが見えますが、低温では他の物質に変わります」とフラッグ氏は説明した。

この分子は、1,200 ～ 2,000 ケルビンの特定の温度範囲内でのみ豊富になります。 フラッグ氏はこれまでに、水素化クロムなどの金属水素化物の力を利用して、冷たい星や褐色矮星の温度を測定したことがある。

熱い木星の系外惑星の温度指標としての水素化クロムの可能性は、以前の低解像度研究によって示唆されていました。 しかし、この最近の研究は、系外惑星の大気中の金属水素化物、特に水素化クロムを高解像度で初めて確実に検出したことを示している。

この成果は、太陽系外の巨大惑星の大気状態の理解における大きな前進として歓迎されています。

この発見は、個々の系外惑星 WASP-31b について新たな洞察をもたらすものではありませんが、同様の天体を調査するための新しい方法を確立します。

2011 年に発見された WASP-31b は、3.4 日という速い周期で F5 星を周回しています。 この研究では、惑星の平衡温度が1,400ケルビンであることが確認されただけでなく、この温度範囲が水素化クロムの存在を助長する条件と一致していることも検証された。

研究では、フラッグ氏は高解像度分光法を利用して系外惑星の大気を調べています。 惑星が恒星の横に位置するときと、惑星が恒星の前を通過するときに発する光を分析することで、フラッグ氏は惑星の大気中に特定の元素が存在することを推定できる。

この技術は、さまざまな要素が特定の波長の光を吸収および透過するという事実に基づいています。

「私たちは何千もの異なるラインを取得することができます。私たちはテンプレート（スペクトルがどのように見えるかについてのおおよそのアイデア）を使用し、さまざまな統計的手法を使用してそれらを結合し、それをデータと比較し、一致させます」とフラッグ氏は論文で述べた。プレスリリース。

「よく一致した場合は、シグナルが発生します。さまざまなテンプレートをすべて試しましたが、この場合、水素化クロムのテンプレートがシグナルを生成しました。」

クロム水素化物は、理想的な温度範囲であっても希少であるため、その検出には高度な機器や望遠鏡を使用する必要があります。

研究者らは、GRACES分光器を使用したジェミニ分光法による系外惑星調査の一環として2022年に行われた観測からの高解像度スペクトルに依存しました。

この発見により、より正確な温度測定と系外惑星の大気に関するより深い洞察への道が開かれるため、フラッグ氏は、他の研究者も水素化クロムやその他の金属水素化物を求めてデータを精査するきっかけとなることを期待している。

より大きなサンプルサイズを構築することで、科学者は遠く離れた惑星の大気の重要な傾向を明らかにし、宇宙の多様性についての理解を広げることができます。

研究全体は、8 月 16 日に The Astrophysical Journal Letters に掲載され、ここからご覧いただけます。

研究概要:

系外惑星の大気研究は、褐色矮星類似体との相乗効果によって強化されることがよくあります。 しかし、褐色矮星で一般的に見られる多くの重要な分子は、系外惑星の大気中ではまだ確認されていません。 重要な例は水素化クロム (CrH) で、これは大気温度を調べたり、褐色矮星をスペクトルの種類に分類するためによく使用されます。 最近、CrH の暫定的な証拠がホット ジュピター WASP-31b の低解像度透過スペクトルで報告されました。 ここでは、GRACES/Gemini North と UVES/Very Large Telescope からの WASP-31b の透過スペクトルの高スペクトル分解能観測を紹介します。 我々は 5.6σ の信頼度で CrH を検出しました。これは、高いスペクトル分解能で系外惑星大気中で最初に金属水素化物が検出されたことを示しています。 私たちの発見は、系外惑星の大気における金属水素化物の役割を理解する上で重要なステップとなります。