巨大ガス惑星がなぜ惑星系に存続するのか 新たな惑星形成モデルを東北大が提唱

2020年3月20日 16:40

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提案モデルで再現されたものと観測による原始惑星系円盤との質量分布の比較(写真:東北大学の発表資料より)

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 これまで数千個発見されている太陽系外惑星。だが木星の10倍以上の質量をもつ巨大ガス惑星は恒星に落下することから、観測と従来の惑星形成モデルによる予測とのあいだにギャップがあり、天文物理学者を悩ませている。東北大学は17日、この惑星落下問題を解決する巨大ガス惑星の新しい形成モデルを提唱したと発表した。

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■なぜ巨大ガス惑星は恒星へと落下するのか?

 惑星は、「原始惑星系円盤」と呼ばれる、若い恒星を取り巻くガスや塵が大量に集まって形成されたと考えられている。地球のような岩石から構成される惑星と、木星のように水素やヘリウムなど軽元素から構成される惑星とに大別されるが、巨大ガス惑星は自身の強い重力によってガスを集積し、成長したと考えられている。

 その一方で、原始惑星系円盤からの抵抗により、巨大ガス惑星は恒星へと落下することが指摘されている。木星の質量を大きく超える巨大ガス惑星が存在することは、この惑星落下問題のため従来説明できなかった。

■実は小さかった円盤からの抵抗

 東北大学の研究グループは、最新の数値流体力学の知見に基づき、巨大ガス惑星の形成に関する新しい理論モデルを提唱した。これにより、原始惑星系円盤の環境下でも、巨大ガス惑星が成長する状況をうまく説明することに成功した。

 研究グループによると、巨大ガス惑星が恒星へと落下しにくくなったのは、惑星へと集まることで周囲のガス密度が低下し、抵抗が大幅に減少したことが理由という。提案されたモデルにより、木星の10倍以上の質量をもつ巨大ガス惑星でも、恒星へと落下せず成長を続けられるようになった。また、惑星の最終的な質量は原始惑星系円盤の総質量に依存するが、その質量分布も提案モデルによって再現可能となった。

 研究グループは今後、理論モデルを発展させ、地球程度の大きさをもつハビタブルな惑星の形成モデルの構築を目指すとしている。

 研究の詳細は、米天文物理学誌Astrophysical Journalに13日付で掲載されている。(記事:角野未智・記事一覧を見る

関連キーワードすばる望遠鏡東北大学惑星木星

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