Research press release

惑星科学:系外惑星の組成はこれまで考えられていたよりも多様だった

Nature Communications

Planetary science: Exoplanet composition more varied than previously thought

太陽近傍の系外惑星の地質学的組成や鉱物組成は、これまで考えられていたよりも多様である可能性を示唆する論文がNature Communications に掲載される。今回の知見は、一部の系外惑星が独自の惑星降着経路と惑星分化経路を有していると考えられ、そうした惑星の組成は地球の組成と異なっており、同じ組成の惑星が太陽系に存在しないことを示している。

太陽のような主系列星がエネルギーを使い果たすと、最初は膨張して赤色巨星になり、その後、収縮して白色矮星に変化するが、その過程で、付近を周回する系外惑星を捕捉する。そのため、白色矮星は、惑星由来の岩石物質で汚染されることがある。このように汚染された白色矮星には、捕捉された系外惑星の大陸地殻のような花崗岩質地殻が微量含まれている可能性が先行研究によって指摘されていた。こうした花崗岩質地殻は、地球上にも豊富に存在する。しかし、これまでの研究では、岩型を評価するために不可欠な元素であるケイ素の分析が行われていない。

今回、Keith PutirkaとSiyi Xuは、太陽近傍の23個の白色矮星の大気を分析し、一部の白色矮星の大気にカルシウムが多く含まれていたが、すべての白色矮星の大気にはケイ素が非常に少なく、マグネシウムと鉄の量が多いことを明らかにし、これらの白色矮星を周回していた系外惑星のマントル組成が反映されているという考えを示している。また、汚染された白色矮星の組成と太陽系内の地球型惑星(地球を含む)の全体組成が比較されたが、花崗岩質地殻や地殻に似た岩石の証拠は見つからなかった。PutirkaとXuは、他の恒星系には、これまで考えられていたよりもはるかに多様な惑星組成や岩型が含まれている可能性があるという考えを示している。

PutirkaとXuは、以上の知見は、地球の組成が太陽近傍の惑星の組成と異なっているのはなぜなのか、そうした差異は典型的なものなのか、それとも必然なのかという疑問が生じていると結論付けている。

Exoplanets in our solar neighbourhood may have more varied geological and mineral compositions than previously thought, suggests a paper in Nature Communications. The findings indicate that some exoplanets may have unique planetary accretion and differentiation paths, which are not similar in composition to Earth and lack direct counterparts in our own solar system.

Once a main sequence star, such as the Sun, has used up its energy, it will first swell to a red giant, then shrink and transform into a white dwarf, capturing nearby orbiting exoplanets in the process. These white dwarfs can be polluted with planetary, rocky material. Previous research has indicated that these polluted white dwarfs may contain traces of continent-like granitic crust of former exoplanets, which is also abundant on Earth, but these earlier findings do not use analyses of silicon, an essential element for evaluating rock type.

Keith Putirka and Siyi Xu analysed the atmospheres of 23 nearby white dwarfs, and determine that some contain high amounts of calcium (Ca), but all have very low silicon (Si) and high magnesium (Mg) and iron (Fe) amounts, which, the authors suggest, reflects the mantle compositions of the exoplanets that once orbited these stars. The authors also compared the polluted white dwarfs to the bulk compositions of the terrestrial planets in our Solar System, including planet Earth, and found no evidence of granitic crust, or crust-like rocks of any kind. The authors suggest that other stellar systems may contain a much wider variety of planetary compositions and rock types than previously thought.

The findings raise questions about why the composition of Earth is different compared to its planetary neighbours and whether such contrasts are typical or inevitable, the authors conclude.

doi: 10.1038/s41467-021-26403-8

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