TESSの観測中に姿を消した初の「消える惑星」、隠れた隣の巨大惑星が軌道を傾ける

NASAのTESS宇宙望遠鏡が、恒星の前を何度も横切る様子を捉えていた巨大惑星が、そのトランジット（通過）を止めた。惑星の軌道が恒星の縁へと滑り込むにつれて、トランジットは一回ごとに短く、浅くなり、ついには星明かりの特徴的な落ち込みがまったく見られなくなった。惑星が破壊されたり飲み込まれたりしたわけではない。その軌道が傾いており、天文学者たちは、それが地球との一直線から外れる瞬間を捉えたのだ。

UCLA主導の研究チームが『The Astrophysical Journal Letters』に発表したところによれば、これは単一の恒星を周回する惑星として、トランジットが消失するのを確認された初めての例となる。原因とみられるのは、誰も直接観測したことのない第二の巨大惑星だ。その傾いた軌道が隣の惑星を引きずり、両方の軌道をコマのようにぐらつかせている。天文学者は通常、こうした変化を何世紀もかけて推測するが、ここでは単一の宇宙ミッションの期間内にそれが起こった。

消えた惑星はTOI-2535 b。ホットジュピターと呼ばれるガス巨星で、木星の約0.84倍の幅を持ち、約1000光年離れた年老いた橙色矮星を周回している。公転周期は約8.2日で、水星が太陽を回る速度の約10倍だ。ホットジュピターは数百個が知られているが、この惑星が際立っていたのは、トランジットの時刻が最大6時間も早まったり遅れたりしたことだ。これは、系内の何か他の天体がこの惑星を引っ張っている証拠である。

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「これまで見た中で最も極端な例です。2つの惑星が非常に強く相互作用しているからです」と、UCLAの51 Pegasi bフェローシップ博士研究員で論文の責任著者であるサミュエル・イー（Samuel Yee）氏は語る。「惑星の軌道が急速に傾き、私たちが見ている間にトランジットが消えてしまいました」

TESSが惑星の視界からの消失をどのように捉えたか

トランジットが起こるのは、惑星の軌道が地球からの視線とほぼ完全に一致し、惑星が恒星と地球の間を通過してわずかな光を遮るときだけだ。TESSは何百万もの恒星を対象に、そのわずかな光の落ち込みを探している。TESSはTOI-2535を7年にわたって5回の観測期間に分けて観測し、地上の望遠鏡（クロアチア、チリ、スイス、オーストラリアの小規模天文台を含む）がその間のトランジットを補完した。

研究チームは、すべてのトランジットについて2つの要素を測定した。1つはタイミングで、2～3分の精度で測定し、完全に規則正しい軌道が保つはずのスケジュールと比較した。もう1つは形状だ。恒星の中央を横切る経路は長く深い落ち込みをもたらし、縁の近くを通る経路は短く浅いかすめ取りの落ち込みをもたらす。天文学者はこの横切る線を衝突パラメータと呼び、TOI-2535 bの場合、観測期間を追うごとに着実に上昇していった。

再構築された惑星の経路は、恒星の面の半分以上を掃くように動き、恒星の赤道を横切って縁へと向かったように見える。最新のTESSデータでは、惑星が現れるはずの時間帯に、6時間のタイミング変動を考慮しても、トランジットはどこにも見られなかった。この空白の結果を検証するため、チームはデータに偽のトランジットを埋め込んだ。恒星の縁をかすめるだけの惑星でも、約半分の確率で検出されるはずだった。

アリゾナ州キットピークのWIYN 3.5メートル望遠鏡に搭載されたNEID分光器による恒星の前後動の測定は、トランジット軌道上に木星程度の質量の惑星が存在することを示している。また、単一の惑星では説明できない余分な散乱も含まれている。

誰も見たことのない隣人

著者らは、タイミング変動と縮小するトランジットを合わせてモデル化した。両方とも、TOI-2535 bの軌道に対して少なくとも5度傾いた軌道を持つ近傍の伴惑星の存在に適合する。2つの軌道がこのように傾いていると、その軌道面はゆっくりと回転し、コマの軸が円を描くように、トランジットする惑星の経路が恒星の面を横切ってドリフトする。

隠れた伴惑星は、おそらく土星と同程度の質量以上である。また、軌道共鳴（2つの公転周期が単純な整数比になる状態）の中または近くに位置しているように見える。最も適合する解は2:1と3:2の比に集中しているが、3:1や4:1の可能性も残っている。これにより、この星系は二重の意味で珍しいものとなる。ホットジュピターの近くに別の惑星が存在すること自体が稀であり、たとえ存在しても、その伴星はほとんど常に小型惑星であって、第二の巨大惑星ではないからだ。

共著者のエリック・ペティグラ（Erik Petigura）氏は、この効果を日食に例える。「月の軌道が地球の太陽周回軌道と完全に一致していれば、毎月日食が見られるでしょう。しかし、月の軌道が傾いているため、日食はあまり頻繁には起こらないのです」

これまで観測されたどの惑星の傾きよりも速い

他の惑星でもトランジットの変化が捉えられたことはあるが、よりゆっくりとした変化だった。TOI-216 bとK2-146 cは、それぞれ4.5年と3年かけてかすめ取りトランジットから完全なトランジットへと移行し、TOI-4504系の惑星は天文学者が最初に観測してから3年後にトランジットを開始した。TOI-4504とTOI-216の軌道面は約250年と150年の周期で回転している。TOI-2535に適合するモデルは、数十年の周期を示している。

6時間のタイミング変動は公転周期の約3%に相当し、短周期の巨大惑星としてはこれまでに観測された中で最大級のものだ。このような変化は稀で、NASAのケプラー計画による561星系の調査では、トランジット継続時間に有意な長期的変化が見られたのはわずか15星系だった。また、コンパクトな多惑星系は一般に平坦で、軌道は1～2度以内に収まっている傾向がある。

消失の前例は一つだけあった。ケプラー計画の候補天体KOI-120.01は、同ミッション中に減光して消えたが、この星系には少なくとも2つの恒星が含まれており、その信号は惑星ではなく連星の食による可能性がある。TOI-2535 bのケースはより明確で、確実に実在し、今も存在している惑星が、単に地球との一直線から外れただけである。

消失が解決しないこと

隣人の正体が最大の未解決問題だ。データに一意に適合する解はなく、その質量、公転周期、そしてホットジュピターの内側か外側かを周回しているかは不明のままである。最大約60度の非常に急な傾きを持ついくつかの構成は、短期間の計算ではデータに適合したが、長期シミュレーションでは崩れる傾向があり、より緩やかな傾きが支持される。

5度という最小傾きも、その未確認の惑星に依存している。確認されれば、TOI-2535は、これほど軌道がずれたコンパクトな星系の短いリストに加わることになる。主星自体にも謎がある。太陽質量の約0.86倍の年老いた橙色矮星で、その高速運動から天の川銀河の厚い円盤（より古い恒星集団）に属する可能性が非常に高いが、年齢を確定するには化学組成の測定が必要だ。

そして形成過程の問題がある。これほど近くに巨大な伴星を持つホットジュピターは、ほとんどのホットジュピターを生み出すと考えられている、引き伸ばされた軌道で内側に放り込まれるという経路をたどることはできなかった。若い星の周りのガス円盤をゆっくりと内側にドリフトする過程は共鳴を説明するが、その円盤は軌道を平坦にしたはずだ。何かが後になって軌道を傾けたに違いなく、論文は特定のメカニズムを選ぶことなく、候補となるメカニズムを列挙している。

「TOI-2535 bには近い隣人がいるため、放り込まれるのではなく、ゆっくりと螺旋状に内側に移動した可能性が高いです」とイー氏は語る。「私たちは、あまり頻繁には起こらないが、非常に興味深い形成チャネルを目撃しているのかもしれません」

消えた惑星に関する読者の疑問

消えた惑星とは何ですか？

恒星を横切る際に引き起こす星明かりの小さな落ち込み（トランジット）が起こらなくなった惑星のことです。TOI-2535 bは、単一の恒星を周回するものとしては初めて確認された例です。惑星は依然として存在しており、その軌道が傾いたため、恒星と地球の間を通過しなくなったのです。

なぜTOI-2535 bはトランジットを止めたのですか？

傾いた軌道を持つ隠れた隣接惑星の重力が、両方の軌道を歳差運動（ぐらつくコマのように回転させる）させるためです。7年間のTESS観測で、惑星の経路は恒星の面の中央から縁へ、そしてその外へと滑りました。

TOI-2535 bは再びトランジットを起こしますか？

はい、しかしすぐには起こりません。UCLAのチームは、この惑星が30年から50年後に再び恒星を横切ると予想しています。隠れた隣人は、その傾いた軌道が先に地球と一直線になれば、より早く姿を現すかもしれません。

今後の展開

TESSは2019年4月から2026年3月までこの星系を観測し、トランジットはその最終月の2026年3月の観測で欠落していた。この研究は2026年11月9日に発表された。チームは、TESSの最初の4年間のデータだけでは、縮小するトランジットは確実に検出されなかっただろうと指摘し、TESSの観測期間が長くなるにつれて、このような星系がさらに見つかるはずだと述べている。隣人を特定するには、恒星の動きのより高密度なサンプリング測定が必要となる。惑星自体が再び恒星を横切るのは30年から50年後になるため、誰かが次に目にするのは、その隠れた伴星かもしれない。

参考文献：Yee et al., “A TESS Disappearing Act: The Vanishing Transits of TOI-2535 b,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb4a4

タグ: 天文学, nasa, 系外惑星, TESS, TOI-2535 b, ホット・ジュピター

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