K2ミッションのアーカイブデータから地球サイズの惑星候補を発見、公転周期は355日

アーカイブされたK2ミッションのデータから、1年が355日の地球サイズ惑星候補を発見

運用を終了した宇宙ミッションの膨大なデジタルアーカイブの中から、天文学者たちは初期の調査で見逃されていた隠れた宝石を今も見つけ出し続けています。サザンクイーンズランド大学の Alexander Venner 率いる研究チームは、明るいK型矮星 HD 137010 を周回する、注目すべき新しい系外惑星候補の発見を発表しました。HD 137010 b と指定されたこの候補は、2017年のK2ミッション中に捉えられた、わずか10時間に及ぶ単一のトランジット（主星面通過）事象を通じて特定されました。この発見を特に重要なものにしているのは、それが我々の住む世界と驚くほど似ているという点です。この惑星は地球とほぼ同じ大きさで、地球の1年に匹敵する軌道を描いています。

サザンクイーンズランド大学、ハーバード・スミソニアン天体物理学センター、およびNASAエイムズ研究センターの研究者らが参加した論文に詳述されているこの発見は、ケプラー宇宙望遠鏡の二次ミッションである「K2」の永続的な価値を浮き彫りにしています。オリジナルのケプラーミッションは、地球のような惑星を見つけるために空の特定の領域を4年間にわたって凝視し続けましたが、K2ミッションは黄道面に沿った異なる領域を約80日間という短い期間で観測することを余儀なくされました。この限られた期間は通常、軌道を確定するために複数のトランジットを必要とする長周期惑星の検出を困難にします。しかし、研究チームは単一のトランジット事象を求めてデータを細心の注意を払ってスキャンすることで、アーカイブデータが明らかにできる限界を押し広げました。

HD 137010 b の発見

HD 137010 b の特定は、K2のキャンペーン15による光度曲線の目視検査から始まりました。「Planet Hunters」プロジェクトに参加している市民科学者の Hans Martin Schwengeler が、単一のトランジットのような特徴を最初に指摘しました。約10時間続いたこの事象は、恒星の明るさがわずか225 ppm（100万分の225）減少するという、ごくわずかな減光を示していました。このような微細な信号の検出は極めて困難であることが知られていますが、HD 137010 が比較的明るい10等級の星であったため、達成された測光精度は非常に高く、宇宙望遠鏡の観測機器の理論的限界に近い 8.5 ppm に達していました。

発見を検証するために、Chelsea X. Huang や Shishir Dholakia を含むチームは、背景の食連星や機器の不具合といった「偽陽性」を排除するための厳密な分析を行いました。K2の測光データと過去の画像、アーカイブにある視線速度データ、およびアストロメトリを照合した結果、研究者たちはこの信号が天体物理学的な性質のものであり、対象となる恒星で発生したものであると結論付けました。「我々の分析は、この事象が天体物理学的なものであり、ターゲット上で発生し、トランジット惑星候補によって最もよく説明できることを強く示唆している」と、著者らは報告書の中で述べています。

単一トランジット候補の定義

トランジット法は、惑星が主星と観測者の間を通過する際に、主星の見かけの明るさが一時的に低下することを利用した手法です。自動パイプラインは、何度もトランジットを繰り返す短周期の惑星を見つけるのには優れていますが、単一の事象は見落とされがちです。単一トランジットの検出は、即座に公転周期が得られないため技術的に困難です。その代わりに、研究者はトランジットの継続時間と主星の既知の特性に基づいて周期を推定しなければなりません。

HD 137010 b の場合、10時間というトランジットの継続時間が重要な手がかりとなりました。主星であるK型矮星の大きさと質量を考慮すると、これほどの長さのトランジットは広い軌道を意味します。軌道が円形であると仮定すると、チームは公転周期を約355日と推定しました。これは地球の1年に驚くほど近い値です。これにより、HD 137010 b は単一の事象から検出された長周期惑星の稀な例となり、太陽に似た恒星を周回する地球サイズの候補としては、これまでにほとんど達成されたことのない快挙となりました。

物理的プロファイル：地球サイズの隣人

HD 137010 b の物理的特性は、系外惑星の中でも「地球サイズ」という特別なカテゴリーに分類されます。研究チームは半径を地球の1.06倍と算出しており、大きさの面では我々の故郷の惑星とほぼ双子と言えます。主星の HD 137010 はK型矮星であり、我々の太陽よりもわずかに小さく、低温で、寿命が長い星です。このタイプの星は、数十億年にわたって安定した放射環境を提供するため、潜在的に居住可能な世界の理想的な主星としてますます注目されています。

この候補惑星の推定軌道距離は約 0.88 天文単位（AU）であり、主星からの距離は地球と太陽の距離に匹敵します。主星が太陽よりも光度が低いため、この距離では地球よりもはるかに寒冷な環境になります。TESSのような現在のミッションで発見される地球サイズの惑星の多くは、より小さなM型矮星を周回しているか、極めて短く灼熱の公転周期を持っているため、今回の発見は重要なマイルストーンとなります。

居住可能性と温度の推定

温度は、その世界の居住可能性を決定する重要な要素です。予測される軌道に基づくと、HD 137010 b が受ける入射星光束は地球の約 0.29 倍です。これにより、惑星はその恒星のハビタブルゾーン（惑星表面に液体の水が理論的に存在しうる領域）の外縁付近に位置することになります。大気組成にもよりますが、HD 137010 b は「冷たい」地球か、あるいはおそらく温和なバージョンの火星に近い存在かもしれません。

データが単一トランジットであるため、正確な公転周期は依然として「予測」値であると研究者らは注意を促していますが、それでもこの候補の特性は魅力的です。たとえハビタブルゾーンの冷たい縁に位置していたとしても、太陽型（FGK型）の恒星を周回する「ホット・アース（熱い地球）」ではない地球サイズの候補としては数少ない例の一つです。このような世界の存在は、K2ミッションのデータに、温和な地球型環境を特定するための未開発の可能性がまだ残されていることを示唆しています。

明るい主星の重要性

HD 137010 b の最もエキサイティングな側面の一つは、主星の明るさです。V等級で 10.1 という HD 137010 は、オリジナルのケプラーミッションが対象としていた遠方の恒星よりも大幅に明るいものです。明るさは系外惑星の追跡観測における「通貨」であり、高精度な視線速度測定によって惑星の質量を決定したり、将来的に分光法によって大気の特性を明らかにしたりすることを可能にします。

NASAエイムズ研究センターの Steve B. Howell 氏ら共著者は、十分な追跡観測が可能なほど明るい恒星をトランジットする、地球のような公転周期を持つ地球サイズの惑星候補としては、これが初めての例であることを強調しています。これまでのケプラーによるこの種の発見の多くは、現在の望遠鏡で惑星の重さを量ったり大気を調べたりするには暗すぎました。しかし、HD 137010 b は次世代の観測機器にとって到達可能なターゲットとなります。

K2の遺産と今後の展望

HD 137010 b の発見は、ケプラー宇宙望遠鏡が残した遺産の証です。ミッション終了から数年が経過した今でも、最新の分析技術と市民科学者の献身が組み合わさることで、そのデータは発見の宝庫であり続けています。TESSによる短周期惑星の発見と、オリジナルのケプラーミッションによる深宇宙の注視との間のギャップを埋めることで、K2は長周期の地球型惑星の集団を知るためのユニークな窓を提供してきました。

将来を見据えて、研究チームは、2026年に打ち上げが予定されている PLATO（Planetary Transits and Oscillations of stars）のような今後のミッションが、HD 137010 b のような世界をより多く見つけるために特別に設計されていると指摘しています。それまでは、HD 137010 b は地上観測所にとって優先度の高い候補であり続けます。355日の周期を確定させ、その質量を測定することが、この遠い世界が真に地球の兄弟なのか、それとも太陽系の外縁部に位置する凍てついた遺物なのかを理解するための次のステップとなるでしょう。