表面全体がマグマで覆われた惑星の候補「TOI-6713.01」を発見

ある天体の近くを別の天体が公転している場合、潮汐力によって内部が加熱されて地質活動が活発になることがあります。その一例が木星の衛星「イオ」です。イオはほぼ常に複数の火山が噴火しているほど地質活動が活発です。

カリフォルニア大学リバーサイド校のStephen R. Kane氏などの研究チームは、地球から約66光年離れた恒星「HD 104067」について、NASA（アメリカ航空宇宙局）が打ち上げた宇宙望遠鏡「TESS」による観測データを分析しました。その結果、これまで見逃されていた3個目の惑星の候補を発見しました。

今回見つかった惑星候補「TOI-6713.01」は、他の惑星からの潮汐力によって表面温度が最大約2400℃に加熱され、全体がマグマで覆われているかもしれません。近くで見れば、まるで『スター・ウォーズ』に登場する惑星「ムスタファー」のように見えるでしょう。それだけでなく、近い将来、TOI-6713.01のマグマからの熱放射を観測できる可能性もあります。

【▲ 図1: 表面がマグマで覆われた高温の惑星の想像図。（Credit: NASA, ESA, CSA & Dani Player（STScI））】 ■「潮汐力」は天体の内部加熱の原動力

地球の海は、衛星である月の重力によって周期的に潮の満ち引きが発生します。このように、他の天体の重力の影響で副次的に発生する力を「潮汐力」と呼びます。潮の満ち引きと比べると目立ちませんが潮汐力は岩石や氷のような硬い固体にも発生し、天体全体がゴムボールのように変形し、熱を発生させます。

潮汐力は天体同士の距離が激しく変化するほど強くなる傾向にあるため、太陽系には地球よりも激しい潮汐力を受けている天体が複数あります。典型的な例は木星のガリレオ衛星です。その1つの「エウロパ」は潮汐力によって内部の氷が融け、地下に広大な海が存在するのではないかと考えられています。

【▲ 図2: 冥王星探査機ニュー・ホライズンズによって撮影された、イオの3つの火山が同時に噴火しているのを捉えた写真。（Credit: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory & Southwest Research Institute）】

別の衛星「イオ」はもっと極端な影響を受けています。潮汐力による加熱が激しすぎるため、イオの表面には最高で1300℃にも達する熱い火山が無数にあります。熱い火山が噴火しているのが観測されたのは、地球以外ではイオが唯一です（※1）。潮汐力による加熱によって、イオの表面ではほぼ常に複数の火山が噴火しています。

※1…金星では2023年に、現在でも地質活動が続いている可能性が高い証拠が見つかっているものの、噴火は観測されていません。

■表面がマグマで覆われた惑星「TOI-6713.01」を発見

太陽以外の恒星を公転する「太陽系外惑星」の中には、惑星同士の距離が木星のガリレオ衛星並に近いものも複数見つかっています。惑星同士の距離の近さは、イオのような潮汐力によって極端に加熱された惑星の存在を連想させます。このような惑星は時に「スーパー・イオ」とも呼称されます。

Kane氏らの研究チームは、NASAの宇宙望遠鏡「TESS」の観測データを分析する作業の中で、恒星「HD 104067」のデータに注目しました。HD 104067には、この研究以前に2個の惑星が発見されていますが、Kane氏らは3個目の惑星の存在を示すデータを見つけました。

この惑星は、HD 104067の惑星系の中で最も内側を公転し、公転周期はわずか約2.15日、直径は地球の約1.30倍であると推定されました。真の惑星であるかどうか、論文の発表時点では確定していないことから、この惑星はTESSのデータから発見された惑星候補であることを示す「TOI」（※2）から始まる「TOI-6713.01」と命名されました。

※2…TOIは「TESS Objects of Interest」の略で、日本語では「TESSの観測によって得られた関心の高い天体（候補）」という意味です。

TOI-6713.01は、より外側の惑星の重力により潮汐力を受けているはずです。Kane氏らが計算したところ、潮汐力の強さはイオの数百万倍（8垓6000京W）にも達することが分かりました。この極端な状況を、Kane氏らは「完璧な潮汐嵐（A Perfect Tidal Storm）」と表現し、論文のタイトルにも採用しています。潮汐力による加熱と恒星からの放射を合わせると、TOI-6713.01の表面温度は最大で2373℃ (2646K) まで加熱されていると予測されます。これは表面の岩石が融ける温度を十分に上回っているため、予測通りであればTOI-6713.01は表面全体がマグマで覆われているでしょう。

■TOI-6713.01からの熱放射は観測可能？

もしもTOI-6713.01を上空から見た場合、まるで『スター・ウォーズ』に登場する火山とマグマに覆われた惑星「ムスタファー」のように、赤く光る惑星を眺めることができるでしょう。それに、例え遠く離れた地球からであっても、そのことを間接的に知ることができるかもしれません。

TOI-6713.01の表面は低温の恒星の表面よりも高い温度に達していると予想されています。そのため、TOI-6713.01からは赤外線が放射されているはずです。残念ながら、今回の観測で使用されたTESSの場合、観測できる波長の範囲が狭いことや、TOI-6713.01からの放射が弱すぎるため、赤外線放射の観測データを抽出することはできませんでした。

しかし、「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」のような感度の高い赤外線望遠鏡を使用すれば、TOI-6713.01のマグマからの熱放射を直接観測することができるかもしれません。もしも観測に成功した場合、惑星全体がマグマで覆われているような極端な環境を持つ惑星について、潮汐力と熱の関係に関する興味深いケーススタディとなるでしょう。そのためには、TOI-6713.01の存在の確定を含め、より多くの観測データを揃える必要があるとKane氏らは考えています。

 

Source

Stephen R. Kane, et al. “A Perfect Tidal Storm: HD 104067 Planetary Architecture Creating an Incandescent World”. (The Astronomical Journal) Jules Bernstein. “Squeezed by neighbors, planet glows with molten lava”. (University of California, Riverside)

文／彩恵りり　編集／sorae編集部