有望な系外衛星探索は、おなじみの天体物理学的問題に直面した

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、原理的には地球の月に近い衛星を検出するのに十分な感度を持っている。だが、近傍のTOI-700系を観測した新しいプレプリントは、その期待が恒星自身によって打ち砕かれうることを示している。

MIT、ハーバード大学、シカゴ大学の研究者たちは、地球から約100光年離れたM型矮星TOI-700のハビタブルゾーンにある地球サイズの2惑星をJWSTで追跡した。対象のTOI-700 dとTOI-700 eは、その特性と軌道から、安定した衛星を持つ有力候補と考えられていた。しかし、明確な系外衛星シグナルは見つからず、代わりに恒星表面の振る舞いによるノイズが、見たかった微妙なトランジットの特徴を事実上埋もれさせていた。

この結果は検出ではないが、現行の手段で系外衛星を探す際の実用上の限界を示す重要な測定ではある。JWSTは惑星自体の主要な測定値を改善したが、宿主星の変動は、月の小さな信号を隠すには十分強かった。

対象は、ハビタブルゾーンにある地球サイズの2惑星

TOI-700はすでに、恒星のハビタブルゾーンにある2つの地球サイズの世界を含む複数の既知惑星を持つことで注目されてきた。新しい研究では、両者について改善された測定結果が報告されている。研究チームは惑星の公転推定を1桁向上させ、半径の測定精度を2倍から3倍高めた。

TOI-700 d の半径は地球の 1.145 倍と報告されている。TOI-700 e の半径は地球の 0.919 倍だ。こうした惑星は、長期安定性や気候、そして月が惑星進化に地球史にやや似た形で影響する可能性について、自然と想像をかき立てる。

動機は単なるロマンではない。地球の月は、この惑星にとって自転軸の傾きを安定させたり気候変動を和らげたりするなど、深い影響を与えたと考えられている。月は潮汐や自転、さらには世界のより広い環境史を変えることがある。したがって、別の場所で地球と月の類似例を見つけることは、単なる好奇心以上の意味を持つ。生命に適した可能性のある系を探すうえで、もう一つの次元が開かれることになる。

JWST には十分な生感度があったが、恒星が立ちはだかった

プレプリントによると、JWST は適切な条件下で、地球の月のようなシグナルを検出できるはずだった。研究チームは、この系で月の類似体を識別するには、およそ 20 ppm の恒星光の低下を測定する必要があると見積もった。それは望遠鏡の能力範囲内だ。

障害は機器の弱さではなかった。恒星から来る天体物理学的な汚染だった。データを分析した研究チームは、恒星の粒状対流、つまり恒星表面のプラズマの泡立ちと沸騰によって生じる、繰り返し現れる赤色ノイズのパターンを特定した。TOI-700 では、この信号は約 16 分ごとに振動し、振幅は約 46 ppm だった。

つまり、恒星ノイズは、研究チームが分離しようとしていた系外衛星サイズの信号を十分にかき消せるほど大きかった。要するに、JWST は極めて微弱な明るさの変化を測定できたが、恒星自体が異なるスケールと周期で変動していたため、月探しはきれいには成功しなかった。

これは、精密天文学の制約要因は望遠鏡だけではないという重要な教訓でもある。ハードウェアが設計通りに動いても、空はなお厄介なままだ。