1999年のハッブルのデータが示す、恒星の死後に生まれた惑星

死にゆく恒星の残骸から、その恒星の本来の惑星が誕生してから長い時間が経った後に、惑星が形成された可能性がある。その証拠は四半世紀以上にわたり、ハッブル宇宙望遠鏡のアーカイブの中で誰も特定できない一連のスペクトル線として眠っていたが、ある博士課程の学生がそれらをニオブと照合するまで読まれずにいた。

その金属は、これほどの量が存在するはずがない。その存在は、恒星が最終段階の巨星期に放出したガスから自らを構築した、木星ほどの大きさのガス巨星を示唆している。私たちが知るすべての惑星（地球を含む）は、恒星の誕生の残り物から形成された。この惑星は死の残り物から形成されたことになり、恒星の惑星物語は恒星が死ぬときに終わる必要はないということを意味する。

その恒星はHS 0209+0832で、地球から約270光年の距離にある白色矮星である。白色矮星は、燃料を使い果たして外層を宇宙に吹き飛ばした太陽のような恒星の露出した核である。英国ウォーリック大学の博士課程の学生であるJamie Williamsが率いるチームは、『ネイチャー・アストロノミー』に、この白色矮星が太陽系のどの物質とも異なる物質を飲み込んでいることを報告している。

「白色矮星の段階は恒星とその惑星の物語の一種のエピローグであるというよりも、この研究は、私たちがよく知るシステムは、いくつかの新しいキャラクターが登場する、潜在的にはるかに長い物語の最初の章にすぎないことを示しています」とWilliamsはESA/ハッブルの発表で述べている。

27年前のスペクトルが自らの未解決事件を解決した方法

ハッブルが初めてHS 0209+0832を観測したとき、その分光器は恒星の紫外光を波長の虹に分割した。恒星の大気中の原子は特定の波長の光を吸収するため、各元素は独自の暗線パターンを残す。それらの線のうち約100本は、当時天文学者が使用していた原子カタログのどれにも一致しなかった。

Williamsは、更新された原子遷移データベースを用いてアーカイブデータに戻り、ニオブが多くの謎の線を説明することを発見した。「ハッブルがこの白色矮星系で私たちに見せているものは、これまで見たことのないものです。それはニオブ元素の高い存在量であり、その兆候はアーカイブデータで最初に見つけたときには馴染みがありませんでした」と彼は述べている。

チームは次に、2番目の独立した記録を確認した。NASAの退役したFUSE紫外線衛星もこの恒星を観測しており、そのスペクトルは同じ強いニオブの兆候を示していた。新しいハッブルのスペクトルは残りの化学組成を補完した。白色矮星の大気は亜鉛、銅、ニオブ（すべて鉄より重い元素）に富み、一方、岩石惑星の骨格であるケイ素と鉄は枯渇している。

最後のピースは、恒星のわずかな減光を監視して惑星を発見するために建造されたNASAのTESS衛星からもたらされた。4か月にわたって、白色矮星が約0.12パーセントの明るさの変動を4.399日の周期で示すことが判明した。チームはそのリズムを、恒星から約600万キロメートル（水星の太陽からの距離の約10分の1）の緊密な軌道にある惑星と解釈している。

なぜニオブは恒星の死を示し、誕生を示さないのか

「汚染された」大気を持つ通常の白色矮星は一般的である。その約4分の1から半数は、恒星に応じて数日から数百万年以内に沈み去るはずの金属を示しており、通常の説明は、それらが粉々になった小惑星や惑星を食べているというものである。その破片の化学組成はこれまで、私たちの太陽系の天体と非常によく似ていた。すなわち、鉄、ケイ素、マグネシウム、酸素が豊富である。

HS 0209+0832はそのパターンを破っている。鉄より重い元素は、恒星の生涯の大部分を動かす核融合では作られない。それらの多く（ニオブもその一つ）は、太陽のような恒星の最後の巨星期に深部で進行する遅い中性子捕獲過程によって作られ、その後表面に運ばれて吹き飛ばされる。「ニオブやその他の鉄より重い元素は、多くの一般的な元素とは異なり、恒星の中心部での熱核融合によって形成されないため、天文学的には特別です」と、ウィスコンシン大学マディソン校の理論天体物理学者でチームメンバーのNicholas Stoneは述べている。

したがって、恒星に落下する物質は、恒星自身の死にゆくガスの指紋を帯びている。チームのシナリオは、放出されたガスの一部が新しいガス巨星に集まり、残りは拡散したというものである。白色矮星はまだ若く、約35,000度と非常に高温であり、その放射線が惑星の大気を沸騰させて吹き飛ばしている。その逃げ出すガスは彗星の尾のように惑星の後ろに尾を引き、円盤に落ち着き、恒星に降り注ぐ。それはまさにハッブルが観測している場所である。

「Jamieがこの研究に関連してニオブについて私に尋ねたとき、私は本当にびっくりしました。というのも、その元素はこれまで分析された他のどの白色矮星でも報告されていなかったからです。それがそこにあると気づいたとき、すべてがうまく収まりました」と、ウォーリック大学の天文学者で共著者のBoris Gaensickeは述べている。

死んだ恒星の周りの他の惑星との比較

白色矮星の周りで知られている惑星はほんの一握りである。最もよく知られているWD 1856+534 bは、TESSが1.4日ごとに白色矮星の前を横切るのを捉えた木星サイズの天体である。地球と同様に、それは生存者であると推定されている。すなわち、恒星とともに形成され、何らかの理由で残骸の近くにたどり着いた第一世代の惑星である。

最初に確認された系外惑星は、超新星爆発の後に残された崩壊した核であるパルサーを周回しており、有力な説明の一つは、それらも爆発後の残骸から形成されたというものである。しかし、パルサーの信号からはそれらの惑星が何でできているかは明らかにならない。HS 0209+0832では、議論は化学組成に基づいており、そのためチームはこれを、死にゆく恒星の放出物から構築された惑星に期待される組成を持つ最初の候補であると説明している。

この比較は未来にも目を向けている。数十億年後、太陽は赤色巨星に膨張し、質量の大部分を失い、白色矮星として落ち着く。もし第二世代の惑星がその放出されたガスの中で形成できるならば、太陽系の白色矮星の未来には、まだ存在しない世界が含まれる可能性がある。

この研究が確定していないこと

惑星は直接観測されていない。それは2つの証拠から推測されている。恒星に落下するガスの奇妙な化学組成と、4.4日の明るさの周期である。論文は一貫してそれを候補と呼んでおり、TESSの信号には複数の解釈がある。著者自身も指摘しているように、それは惑星の高温の昼側が視野に入ったり出たりする輝きである可能性もあれば、逃げ出すガスの彗星の尾が恒星の前を通過するものである可能性もある。

化学組成の議論は強力だが、それは単一のシステムに基づいている。ガス巨星がどのようにして死にゆく恒星の流出から自らを集めるのか、それがどのくらいの頻度で起こるのか、あるいはそのような惑星が白色矮星の放射線にどれだけ耐えられるのかを詳細に説明するモデルはまだない。Williamsは、恒星が冷えて剥ぎ取りを止めるため、この惑星はおそらく生き残ると考えている。それは予測であり、観測ではない。

金属に関する他の説明は、さらなるデータで排除する必要がある。著者らは、大気中のヘリウムと岩石形成元素のほぼ不在が、粉々になった小惑星ではなく、惑星から逃げ出す大気を示していると主張しているが、同じ兆候を持つ第二のシステムがあれば、単一の測定よりもはるかに重みを持つだろう。

第二世代惑星に関するよくある質問

第二世代惑星とは何ですか？

それは、白色矮星などの恒星の残骸の周りで、恒星がその生涯の後期に放出した物質から形成される惑星です。地球や他の太陽系惑星は、太陽が形成されたときに残されたガスと塵から作られた第一世代の惑星です。

白色矮星とは何ですか？

白色矮星は、太陽のような恒星が燃料を使い果たして外層を放出した後に残された高温で高密度の核です。恒星の質量を地球ほどの大きさの球に詰め込み、数十億年かけてゆっくりと冷えます。

ハッブルは見えない惑星をどのように発見できるのですか？

ハッブルは白色矮星に落下する化学元素を測定し、それらの元素は通常の岩石ではなく、死にゆく恒星が放出するガスと一致しました。別の衛星TESSは、チームが近い軌道にある惑星に起因するとする4.4日の規則的な明るさの周期を検出しました。

太陽は死んだ後に新しい惑星を形成しますか？

まだ誰も知りません。太陽は数十億年後に白色矮星になり、その過程で質量の大部分を放出するため、原材料は存在します。この発見は、そのような物質から惑星が形成される可能性を示唆していますが、一つの候補だけではそれがどのくらいの頻度で起こるかは言えません。

なぜニオブが重要なのですか？

ニオブは鉄より重く、恒星はその生涯の大部分を動かす核融合ではそれを作ることができません。その多くは恒星の最終巨星期に生成されるため、白色矮星に落下するガス中に多量のニオブが見つかることは、通常の惑星ではなく、死にゆく恒星から来た物質を示しています。

今後の展望

ハッブルは1999年に初めてこの恒星を観測し、新たな分析は2026年10月5日に『ネイチャー・アストロノミー』に掲載され、ESA/ハッブルの発表も同時に行われた。Williamsは今後数年間にわたりハッブルを使用して、同じ化学組成を持つ白色矮星をさらに探す計画であり、それによりHS 0209+0832が単発の事例なのか、それとも集団の最初のものなのかが明らかになるだろう。また、他の波長での4.4日周期のさらなる観測により、光る惑星と通過するガスの尾を区別することもできるだろう。

参考文献: Williams et al., “Discovery of a second-generation planet candidate accreting onto a white dwarf,” Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02983-7

タグ: 天文学, 白色矮星, 系外惑星, HS 0209+0832, Hubble, TESS