惑星と恒星の境目はどこ？: 猫の覗き見

惑星と恒星の境目はどこ？

太陽系外惑星(たいようけいがいわくせい)とは、太陽系にとっての系外惑星、つまり、太陽系の外にある惑星です。

　太陽系(たいようけい)の外惑星(がいわくせい)ではなく、太陽系外(たいようけいがい)の惑星(わくせい)ってことね。

　こういうときって、漢字だとややこしいって感じ。

その点、ヨーロッパ、例えば英語だと"Extrasolar planet"だからわかりやすいですね。

　そうね。

太陽系の外惑星は太陽系の惑星のうち、地球よりも太陽から遠い軌道をめぐる惑星の事です。

外惑星の対義語は、内惑星です。

外惑星は、"superior planet"のほか"outer planet"とも訳されます。

一方の内惑星には、"inferior planet"や"inner planet"の訳があります。

"inferior ", "superior "は、地球より内側か外側かで区別したものです。
それに対して、"inner"," outer "は、それぞれ太陽系の内側にある地球型惑星と外側にある木星型惑星および天王星型惑星を指すものです。

　今回は、太陽系外の惑星の話ね。

太陽系外惑星とは、多くの場合、太陽以外の恒星の周りを公転する星を指します。

　恒星以外の星を、回る惑星もあるの。

白色矮星やパルサー、褐色矮星を回るものも、見つかっています。
他にも、さまざまな星を回るものが想定されます。

白色矮星(はくしょくわいせい、white dwarf stars)は、恒星が進化の終末期にとりうる形態の一つです。
質量は太陽と同程度から数分の1程度と大きいです。
直径は地球と同程度かやや大きいくらいに縮小しています。

　非常に、高密度の天体ね。

シリウスの伴星(シリウスB)やヴァン・マーネン星など、数百個が知られています。

パルサー(pulsar)は、パルス状の可視光線、電波、X線を発生する天体の総称です。
回転しながら可視光線、電波、X線を出します。

パルスの間隔は、数ミリ秒から数秒が多いが、まれに5秒を超えるパルスを発するパルサーも存在します。
その周期は極めて安定していて、まるで灯台の光のように点滅して見えるので、宇宙の灯台とも呼ばれます。

1967年に、アントニー・ヒューイッシュとジョスリン・ベル・バーネルによって発見されました。

超新星爆発後に残った中性子星がパルサーの正体であると考えられており、現在は約1600個確認されています。

褐色矮星は、質量が小さすぎるために、主系列星になることができない天体です。
天体の分類上は、恒星にも惑星にも入らない、およそ木星質量の13-75倍程度の星です。

主系列星(しゅけいれつせい)とは、HR図上で、左上の明るく高温から図の右下の暗く低温に延びる線である主系列 (Main Sequence) に位置する恒星をいいます。
HR図上とは、縦軸に絶対等級、横軸に表面温度を表すスペクトル型をとった恒星の分布図のことです。

いかなる天体も回らない惑星大の天体である浮遊惑星を、惑星に含めるかどうかは議論があります。
発見法が異なることなどから、系外惑星についての話題の中では浮遊惑星は別扱いすることが多いです。

今回もちょっと前だけど、日経サイエンス2001年３月号より面白い記事を要約で紹介しましょう。

太陽系外惑星は、本当は恒星？
著名研究者の説で論争巻き起こる
　　　　　　George　Musser

太陽系外惑星探しで名を馳せた研究者が主張している｢太陽系外の惑星とされているのは、本当は小さな恒星｣という説に証拠がいくつか現れ、天文界で議論になっている。
異議を唱える研究者は、証拠が不十分とし、この説自体が誤りと主張しているが、当たっている部分もあるとする研究者も出ている。

ただ、この説を確認するにはデータが不十分で、それを見極める観測が繰り広げられそうだ。

この説を唱えているのは、米国ヒューストンにある月･惑星研究所のブラック(David C.Black)だ。
彼はかつて米航空宇宙局(NASA)の惑星探しのリーダーを務め、1980年代には太陽系外惑星といえば誰もが彼を思い浮かべるほどだった。
ただ、実際に太陽系外惑星が見つかった1995年を境に名声は凋落し始めた。
発見された天体が私たちの太陽系と似ていないため、ブラックは太陽系外惑星でなくて恒星を惑星と誤って判定したと主張し始めたからだ。

ブラックは観測の裏づけのないまま自説に固執してきた。
ただ、最近、ブラックの考えを裏付ける証拠が初めて出てきた。
2000年10月、米カルフォルニア州パサデナで開かれた惑星科学会の分科会で、ピッツバーグ大学アレゲニー天文台の惑星探しのベテラン研究者ゲイトウッド(George D. Gatewood)は、ブラックや当時大学院生だったハン(Inwwo Han)との研究成果を発表した。

彼らは太陽系外惑星と目される星の公転の中心となる恒星が左右にゆれていないかを調べた。
その結果、彼らは多くの場合、左右の揺れがかなり大きく、恒星の伴星が質量の大きい褐色矮星(わいせい)か小さめの恒星だろうとの結論に達した。

ブラックによれば、太陽系外惑星とされる天体は質量分布や軌道からも恒星の特徴に似ている。
しかし、かつて彼と同じ見解をしていたハワイ大学ヒロ校のヒーコックス(William D. Heacox)をふくめ多くの天文学者はいまでは、ブラックが時代遅れの考えにしがみついていると考えている。

これまでの観測では決着つかず

厳密に言えば、観測には常に抜け穴がある。

惑星系の中心の恒星のゆれ動きには、２つの成分がある。
１つは観測方向に沿った動き(視線速度)で、もう１つは天空を横切る方向の動き(天文位置速度)だ。
後者の方で突き止められるのは、恒星とされる伴星が恒星のように大質量の場合だけで、ほとんどすべての太陽系外惑星は前者による判定に頼らざるを得ない。
しかし、視線速度法だけだと惑星の質量の最小値を示すにすぎず、本当の惑星の質量は大きいかもしれない。

ゲイトウッドらは、｢ピッパルコス衛星｣で得た天文位置データに視線速度法を加味した。
彼らは伴星を持つ３０の恒星のうち１５に天文位置の動きのある事を見いだした。
これは伴星が褐色矮星恒星なのかを暗に示している。

カルフォルニア大学バークレイ校の有名な惑星発見者マーシー(Geoffrey W. Marcy)は｢ブラックの主張は完全に間違っている｣と言う。
彼らは推測される方位の動きはありそうもないと主張している。
伴星のうち４個は観測方向から１度以内の軌道にあるという。
その方位をもつ天体で、ある質量の１つの伴星がその方位にある確率は１/5000程度しかない。
こうした天体は見つかっていない。

テルアビブ大学のマゼー(Tsevi Mazeh)とツァッカー(Shay Zucker)は真実は両説の中間にあるという。
彼らは実際にその天体の２つだけが恒星の質量をもっていることを確認した。
ほかの天体では天文位置の動きがなかったという。

ブリュッセル自由大学のプベー(Dimitri Poubaix)は最初、テルアビブ大学と同様の結果を得たが、その分析が微妙な計算誤差から導かれているのではないかと疑っている。
論争にけりをつけるには、高精度の天文位置測定が必要になる。
伴星からの赤外線を直接観測する事も、予定されている。

太陽系の外とはいっても、恒星と惑星の区別が揺らいでるのは興味深いです。

　太陽系でも、恒星と惑星の区別が揺らいでくるのかしら。
　揺るがすデータは、出たのかなあ。
　そのうち論争が、飛び火したりして。

そうなったら、面白いですね。

恒星と惑星の差って、大きさじゃないようですよ。

　じゃ、重さはどうよ。

あ、そうですねえ。
こんな記事、ありました。

古典的な系外惑星検出法がついに成功
【2009年6月2日 NASA JPL】

系外惑星を見つける方法として50年前から試みられていた「アストロメトリ法」が、初めて成果をあげた。
発見されたのは、恒星と惑星の直径がほとんど同じという奇妙な惑星系である。

一般に系外惑星を探すときは、惑星自体の姿ではなく、惑星の影響によって中心の恒星のスペクトルや光度に生じるわずかな変化を検出するという手法がとられてきた。
1995年以来、「ドップラー法」や「トランジット法」と呼ばれるこうした手法で、300個以上の系外惑星が見つかってきた。

ところで、系外惑星第1号発見に至るまでには長い捜索の歴史がある。
その中でドップラー法などよりも古く、50年前から試みられながら、失敗に終わってきたのがアストロメトリ法だ。

惑星は恒星の重力にとらえられて回っているが、恒星の方も惑星の重力に引きずられていて、惑星の公転に伴ってわずかに動いている。
こうして恒星の位置が変化するのをとらえるのがアストロメトリ法だが、ひじょうに高い分解能が必要とされたため成功例はなかった。
代わって脚光を浴びることになったドップラー法は、恒星の位置ではなく、われわれに近づいたり遠ざかったりすることでスペクトルが変化するのをとらえる方法である。

「アストロメトリ法は太陽系に配置が似ている惑星系、つまり第二の地球が存在するかもしれない場所を探すのに有効です」とNASAジェット推進研究所のSteven Pravdo氏は語る。
地球に近い恒星であれば、より高い精度で位置を測定できる。
その大半は質量が小さくて暗い恒星なので、惑星が恒星に近くても、あまり熱くならずに生命に適した環境を保てる可能性がある。

Pravdo氏らはパロマー山天文台の5mヘール望遠鏡で、12年間にわたり30個の恒星を断続的に観測し続けた。
ヘール望遠鏡は60年の歴史を持つ古い望遠鏡だが、大気による恒星像のゆらぎを補正する補償光学装置を備え、さらに16メガピクセルのCCDで撮影することで高い精度を実現した。
その結果、わし座の方向約20光年の距離にある恒星「VB 10」の位置に、3km離れた髪の毛1本ほどのわずかなずれが確認された。
アストロメトリ法による初めての系外惑星発見である。

発見された惑星「VB 10b」は巨大なガス惑星で、質量は木星の6倍。
一方、VB 10は質量が太陽の12分の1(木星の約90倍)ほどしかなく、かろうじて恒星としての輝きを保っている。
両者の質量には大きな差があるが、直径はほとんど同じだと考えられている。

ますます、星の世界も面白い話題が出そうですね。

　ここでも、恒星と惑星の差をどう説明するかが、問題ですよね。

そうですね。

　核融合モデルは、恒星は惑星よりも、軽い、大きい、この二点に支えられてきたと言えますね。

燃焼では短期間だから、核融合だろうと言うのが、根拠の仮説なのですよ。

　燃焼にも、燃えれば軽くなると言う事実からフロギストン説があったでしょ。

フロギストン説 (phlogiston theory) とは、「燃焼」はフロギストンという物質の放出の過程であるという説ですね。

　フロギストンとは燃素のことで、科学史上のひとつの考え方で、「燃素説」とも呼ばれたでしょ。

この説そのものは、決して非科学的ではなかったけど。
より現象を有効に説明する酸素説が提唱されたことで、忘れ去られていったのですね。

　燃えると重くなる例が見つかって、燃焼は酸素との化学反応であるという、酸化説に変わったですよね。

核融合説で具合の悪い例が出れば、恒星の光る原理に、やがて新説が出るかも。