SPHEREx望遠鏡は、近傍の37個の褐色矮星の観測を分析し、水、二酸化炭素、一酸化炭素、メタンに富む大気を明らかにした。赤色および赤外線波長域をカバーすることで、これまで詳細に調べられていなかった数千個の天体を研究できる。
NASAの宇宙望遠鏡SPHERExは、褐色矮星の大気に含まれる化学物質の詳細を明らかにした。褐色矮星は、その特性において恒星と巨大惑星の中間に位置する天体である。The Astrophysical Journalに掲載された研究結果では、これらの天体の大気中に水、二酸化炭素、一酸化炭素、メタンが存在し、褐色矮星ごとに明確な違いがあることが示された。
褐色矮星は恒星と同様にガス雲の崩壊によって形成されるが、中心部で水素の核融合を継続するのに十分な質量を持たない。そのため、温かく、かすかに輝く天体としてとどまり、必ずしも恒星の周囲を公転するわけでも、恒星から熱を得るわけでもない。木星や土星と一部の性質を共有する一方、ほとんどの惑星とは異なり、宇宙空間を自由に移動する天体である。
広い温度範囲をカバーするスペクトル
研究者らは、約2200度からマイナス20度まで、広い温度範囲をカバーする近傍の37個の褐色矮星のデータを分析した。SPHERExは、深い赤色の可視光から目に見えない赤外線まで、異なる102色で天体の明るさを観測する。これにより、大気中に存在する分子を明らかにするスペクトルの指紋が得られる。
これらの分子は、宇宙空間へ放出される光に特徴的な吸収パターンを示す。褐色矮星が年齢を重ねて温度が下がるにつれて、パターンも変化する。また研究チームは、厚い雲が後退する段階にある天体を観測し、メタンにより富む大気が現れることを確認した。
SPHERExが加えるもの
これまで、宇宙望遠鏡を使って詳細に研究された褐色矮星は限られていた。一方、2025年3月に打ち上げられたSPHERExは、深い赤色光と赤外線の範囲を含むスペクトルカバレッジを備え、数千個の褐色矮星を撮影できる。これらの波長域は、地球の大気が一部の波長を吸収するため、地上から観測するのが難しい。
この研究は、望遠鏡が実施する全天サーベイの一環として行われた副次的なミッションである。SPHERExは毎日約3600枚のユニークな画像を取得して全天の地図を作成するほか、銀河の分布、初期宇宙の歴史、生命の化学成分、星間氷の探索に関する主要な目標にも取り組んでいる。
科学的な利点と限界
研究結果は、現在のモデルが化学的な全体傾向を再現することには成功しているものの、雲が移行する段階のデータを一致させることには依然として困難があることを示している。温度が近い天体の間でスペクトルが異なることは、褐色矮星の天候と化学的進化に関する理解がまだ完全ではないことを示している。
最初の数十個の分析は、より大規模なプログラムの始まりにすぎない。科学者らは追加で数千個の天体を研究している。SPHERExのデータは科学者と一般の人々に無料で公開されており、巨大惑星に似ているものの、主星とは結び付いていない天体の異質な大気に関する研究の基盤を広げている。