赤色矮星を逆向きに回る惑星GJ 3090 b、原因となる巨大な天体が見当たらない

地球から72光年離れた惑星が、恒星の周りを逆方向に回っている。GJ 3090 bは、地球の約2倍以上の直径を持つ世界で、恒星自身の自転方向とは逆に赤色矮星の周りを公転しており、惑星が本来あるべき位置から約136度傾いている。この惑星は、銀河で最も一般的な恒星である赤色矮星の周りを逆行するものとして初めて発見された。

逆行する惑星は珍しいが、新しい現象ではない。これまでに複数の惑星を持つ星系でこれほど軌道が大きく乱れている例はすべて、天文学者は原因を特定できていた。すなわち、伴星や巨大な外側の惑星が、数百万年かけて重力で近くの惑星を軌道から引きずり出したのだ。GJ 3090の周りにはそのような「いじめっ子」は存在しない。その不在こそが本当のニュースであり、この惑星がすでに逆方向に回転していたガスと塵の円盤の中で生まれた可能性を示唆している。

「非常に驚いたことに、GJ 3090 bは軌道が大きく傾いているだけでなく、逆行軌道をとっているのです」と、ジュネーブ大学の博士課程学生で、Astronomy & Astrophysics誌に掲載された研究の第一著者であるヤン・カータレット（Yann Carteret）は述べている。

この惑星はサブネプチューンで、半径は地球の約2.2倍、質量は約4.5倍であり、約2.9日で一周する。その恒星は、南天のほうおう座にあるM型赤色矮星で、太陽より小さく低温である。この星系には少なくとももう1つの惑星、16日周期で公転する確認済みのサブネプチューンと、13日周期の候補が存在する。

逆行する惑星をどうやって捉えたか

誰も軌道を直接撮影することはできない。研究チームは代わりに、ロシター・マクローリン効果として知られる手法を用いて、星の光から軌道を読み取った。自転する恒星は、こちら側に向かって回転する側と遠ざかる側があり、前者からの光はわずかに青方偏移し、後者からの光は赤方偏移する。惑星が恒星の前面を横切るとき、まず一方の半球の一部を覆い、次にもう一方を覆う。その覆う順序によって進行方向が明らかになる。

通常の方向に進む惑星の場合、接近する側が最初に覆われる。GJ 3090 bはその逆の順序で覆う。

その信号は極めて小さい。このトランジットは約1時間15分続き、惑星は小さく、恒星の自転も遅い。研究チームは、ジュネーブ大学とモントリオール大学が主導するコンソーシアムが建設した、チリのラ・シヤにあるヨーロッパ南天天文台の3.6メートル望遠鏡に搭載された近赤外線分光器NIRPSを使用した。赤色矮星は可視光よりも赤外線ではるかに明るく輝くため、赤外線装置は可視光装置では困難な観測を可能にした。

研究者らはNIRPSで6回のトランジットを観測し、そのうち4回は旧型のHARPS分光器と同時に行い、約23時間にわたって193のスペクトルを収集した。恒星全体の速度における古典的なふらつき（検出するには微弱すぎた）を探す代わりに、各瞬間に惑星の背後に隠れた恒星の正確な帯域からの光を分析する「RM Revolutions」と呼ばれる手法を用いた。GJ 3090 bは、完全な三次元の傾斜測定が行われた赤色矮星周りの惑星としては最小のものとなった。

136度の傾きの位置づけ

太陽系では、惑星は太陽の赤道から約7度以内の軌道を公転し、すべて太陽の自転と同じ方向に進む。90度の角度は極軌道を意味し、恒星の極の上を通る。90度を超えると逆行となる。136度では、GJ 3090 bは横向きというよりは完全に逆さまに近い。

これにより、この惑星は、2つの巨大ガス惑星KELT-19 bとTOI-1710 bと並んで、天文学者が三次元測定を行った中で最も傾いた惑星の一つとなる。また、複数の惑星を持つ星系で、70度以上傾いた惑星を含むものとしては、確認されているわずか6番目の系である。研究チームは、他の5つの系では、常に広い連星の伴星か、損傷を与えうる巨大な外側の惑星が存在すると指摘している。

赤色矮星はこの結果をさらに奇妙なものにしている。赤色矮星の深く乱れた外層は、近接する惑星に強い潮汐力を及ぼし、傾いた軌道を徐々に元に戻すと考えられている。GJ 3090 bはその補正を免れたようであり、その理由はおそらく、惑星が小さく、恒星の半径の約13倍という潮汐力が弱いままとなる距離に位置しているためである。

見つからない原因と中古の円盤

研究チームは隠れた摂動源を探した。HARPSとNIRPSによる長年の視線速度データ、高解像度スペックル撮像、ガイア宇宙望遠鏡の測定値を組み合わせ、GJ 3090 bと同じ軌道面を公転すると仮定した場合、約3天文単位以内の伴星、および15天文単位以内の木星より重い惑星は存在しないと結論づけた。同じ仮定のもと、13木星質量（それを超えると褐色矮星とみなされる境界線）より重い天体は、100天文単位まで除外される。

「この異常な軌道を説明するための巨大な伴星が存在しないことは、他の仮説を探求するきっかけとなるでしょう」と、共著者でジュネーブ大学のヴァンサン・ブーリエ（Vincent Bourrier）は述べている。

彼らが最も支持する説明は、第二世代の円盤である。恒星の原始円盤が消散した後、若い赤色矮星が星間空間から新たなガスと塵を掃き寄せた可能性がある。その物質はランダムな方向で到来し、このケースでは恒星の自転とは逆方向に回転していた。惑星はこの傾いた円盤の中で形成され、一緒に内側へ移動したと考えられる。著者らはこのアイデアを、いわゆるピーターパンディスク（モデルが予想するよりもはるかに長い数千万年にわたって恒星に物質を供給し続ける赤色矮星の円盤）と結び付けている。

彼らの計算は制約を加える。恒星が新しい円盤と再整列しないためには、恒星が飲み込んだ物質は約1,500地球質量未満でなければならず、標準的な比率ではおよそ15地球質量の塵に相当する。惑星だけでもその大部分を占めるため、円盘中の塵のほとんどは恒星に落下するのではなく、惑星になったはずである。

解明されていない点

136度という値には、約118度から160度までの幅広い誤差範囲がある。研究チームは極軌道を2.5シグマで除外しているが、これは意味のある結果ではあるものの、物理学者が発見に用いる5シグマ基準には遠く及ばない。完全な三次元の傾きは、トランジットデータだけでなく、恒星の自転周期、半径、傾きの推定値にも依存している。

最終的なフィットは、単一の装置による5夜の観測に基づいている。信号の弱い1回のNIRPSトランジットは除外され、HARPSのデータは角度を制約するには弱すぎたため、方向を独立して確認する第二の装置は存在しない。

伴星探索には、著者らが明白に述べている抜け穴がある。彼らの制限は、隠れた巨大天体がGJ 3090 bと同じ軌道面を公転すると仮定している。急傾斜の軌道にある巨大な天体は完全には除外されていない。第二の円盤シナリオは、欠落しているものからの推測であり、誰かが観測したものではない。

逆行する惑星に関するよくある質問

逆行惑星とは何か？

逆行惑星は、恒星の自転とは逆方向に恒星の周りを公転する。惑星は恒星を養う同じ回転する円盤から形成されるため、通常は同じ方向を共有する。逆行軌道は、惑星またはその誕生円盤が90度以上傾いたことを意味する。

天文学者はどのようにして惑星の公転方向を知るのか？

惑星が恒星の前を横切るのを観測し、星の光の色の変化を測定する。自転する恒星の一方の側は地球に近づき、もう一方は遠ざかるため、惑星がそれぞれの側を遮る順序によって進行方向が示される。これがロシター・マクローリン効果である。

太陽系に逆行する天体は存在するか？

太陽を逆行する惑星はなく、8つの惑星はすべて太陽の赤道近くを公転している。いくつかの衛星は逆行する。海王星の最大の衛星トリトンは惑星の自転とは逆方向に公転しており、捕獲された天体と考えられている。金星は自転が逆方向だが、公転は通常方向である。

GJ 3090 bは生命を維持できるか？

この研究は生命については何も述べていない。この惑星は3日未満で恒星を周回しており、水星が太陽に近いよりもはるかに近い。質量約4.5地球質量、半径約2.2地球半径のサブネプチューンであり、通常は露出した岩石表面ではなく厚いガスエンベロープを持つと考えられているクラスである。

この惑星はNASAのTESS宇宙望遠鏡によって最初に発見され、2022年に確認された。新たな測定の根拠となったNIRPSのトランジットは2024年に記録され、論文は2026年8月にAstronomy & Astrophysicsに受理され、9月に掲載された。著者らのシナリオは検証可能な予測を提供する。もし星系内のすべての惑星が同じ傾いた円盤で形成されたなら、GJ 3090 bの兄弟惑星も同じ逆行傾斜を共有するはずである。次のステップはそれらの軌道も測定することだが、16日周期の惑星は地球から見て恒星の前を横切ることがないため、困難が予想される。

Reference: カータレット et al., “Upside down: GJ 3090 b the first retrograde exoplanet around an M dwarf detected with NIRPS,” Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202661989

タグ: ESO, GJ 3090 b, La Silla Observatory, NIRPS, red dwarf, 系外惑星