天文学：系外惑星の大気中の二酸化炭素の特定

二酸化炭素（CO₂）は、さまざまな惑星の大気に見られる重要な化学種である。系外惑星では、CO₂は金属の濃縮（つまりヘリウムより重い元素、いわゆる「金属量」）、ひいては高温の巨大ガス惑星における一次大気の形成過程の指標である。また、CO₂は、地球型系外惑星の二次大気での検出が最も期待される化学種の1つでもある。スピッツァー宇宙望遠鏡を用いたトランジット惑星のこれまでの測光測定では、CO₂の存在が示唆されていたものの、明確な分光学的特定に欠くため、最終的な検出には至っていない。本論文では、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）で得られた透過分光観測結果から、巨大ガス系外惑星WASP-39bの大気にCO₂を検出したことを、初期公開科学（Early Release Science）プログラムの一部として報告する。この研究で用いたデータの波長範囲は3.0～5.5 μmで、4.3 μmに顕著なCO₂吸収の特徴（26σの有意性）を示す。全体的なスペクトルは、輻射–対流–熱化学平衡を仮定し、雲の不透明度が中程度である、金属量が太陽の10倍の一次元モデルとよく一致する。こうしたモデルから、この大気には、CO₂に加えて、水、一酸化炭素、硫化水素が存在するが、メタンはほとんど存在しないはずであることが示唆された。さらに我々は、こうしたモデルによっては再現されない、4.0 μm付近の小さな吸収の特徴も暫定的に検出した。

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