惑星は丸いと考えられてきた。地球を含む太陽系の惑星はもちろん、これまで発見された系外惑星もほぼ例外なく球形に近かった。では、細長く歪んだレモンのような形をした惑星が存在するとしたらどうだろうか。地球から約2,000光年離れた場所で発見されたPSRJ2322-2650bは、私たちの惑星に対する常識を根底から覆す。この惑星の大気には炭素が豊富で、内部の極端な圧力下でダイヤモンドが形成された可能性まで指摘されている。シカゴ大学の天文学研究チームが、米国航空宇宙局（NASA）のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の観測データを基に分析した結果であり、研究論文は『アストロフィジカルジャーナル・レターズ』に発表された。
惑星が丸い理由は、自身の重力が四方からほぼ均等に作用して物質を中心に引き寄せるからだ。この力は凹凸のある構造を押しつぶし、天体を球形に整える。地球も自転のため赤道付近が少し膨らんでいるが、赤道直径と極直径の差はわずか0.3パーセントに過ぎない。
パルサーの近傍で発見された謎の天体
しかし、PSRJ2322-2650bは異なる。研究チームの理論モデルによれば、極直径に比べて赤道方向が約38パーセントも伸びており、レモンやラグビーボールに近い形状だと推定される。これは、一般的な恒星ではなく、パルサーの周囲を公転しているためだ。パルサーは超新星爆発後に残った中性子星で、太陽級の質量が極端に圧縮された高密度の天体である。高速で回転しながら磁極方向に電波ビームを放出し、このビームが地球をかすめるたびに一定の間隔で信号が届く。その周期が非常に安定しているため、パルサーは「宇宙で最も正確な時計」と呼ばれている。
PSRJ2322-2650bの存在は、まさにこの宇宙時計の微細な揺らぎから明らかになった。2017年、オーストラリアのパークス電波望遠鏡のデータを精密に分析する過程で、電波の到着時間が約7.75時間を周期にわずかに前後する現象が捉えられた。研究チームはこれを、目に見えない伴天体の重力がパルサーを揺らしている信号として解釈した。このようにして存在が明らかになった伴天体こそが、PSRJ2322-2650bという惑星級の天体である。
この天体は、パルサーから約160万キロメートル離れた超近接軌道を回っている。これは地球と太陽の距離の1パーセントに過ぎない距離だ。これほどの近距離では、パルサーの重力が天体全体に均等に作用しない。パルサーに向かう面と反対側が受ける重力差、すなわち潮汐力が大きくなり、一方向に引き伸ばされる力を継続的に受けて現在の形に変形したと考えられる。
また、PSRJ2322-2650bは約7.75時間ごとにパルサーを一周するが、自転周期もこれと同じであり、常に同じ面をパルサーに向けている。つまり、月が地球に対して常に同じ面を見せているのと同じ「潮汐ロック」の状態だ。結果として、天体の一方は常にパルサーの方へ引き寄せられ、反対側は外側へ伸びたまま固定される。
研究チームが観測データを基にこの天体の大気特性を解析した結果、水素やヘリウムを主成分とする一般的な大気とは異なり、炭素原子が結合した分子炭素の信号が観測された。これは、既存の系外惑星の大気で一般的に報告されている組成とは大きく異なる。研究チームは、この環境下で微細な炭素粒子が凝集して「すす」に類似した粒子を形成している可能性があり、内部の極端な圧力条件下では炭素がダイヤモンド構造を形成している可能性についても議論していると説明した。
大気の物理的条件も極端だ。モデル計算によれば、パルサーから常にエネルギーを受ける側の温度は数千度に達する可能性があり、影になる反対側も数百を超える高温を維持している蓋然性が高い。大気の流れは天体の自転方向と反対の西側へ向かい、強力な西風ジェットが形成されている可能性がある。研究チームは、潮汐ロックの状態から生じる極端な温度差と非対称的なエネルギーの流入が、この異常な大気循環を生み出している可能性があると説明している。
この天体の構成は、既存のどの形成シナリオでも容易には説明できない。そこで浮上したのが「ブラックウィドウ・パルサー」仮説だ。これは、パルサーが近接する伴星を徐々に飲み込んだとする説である。PSRJ2322-2650bはもともとヘリウムで構成された小さな恒星だったが、パルサーの強力な放射と粒子風によって質量の大部分を失い、惑星レベルまで縮小したというシナリオだ。この仮説が正しければ、この天体は惑星のように見える「恒星の残骸」ということになる。
惑星の定義を揺るがす事例
1992年、天文学者のアレクサンデル・ヴォルシュチャン氏とデール・フレール氏が、太陽系外で初めて系外惑星を発見した。地球から約2,300光年離れたパルサーPSRB1257+12の周囲で2つの惑星を見つけたのだ。当時、科学者たちは超新星爆発を経験した極端な環境下で惑星が存在するとは想像し難かった。それから30年以上が経過し、確認された系外惑星は5,000個を超えた。しかし、パルサーの周囲で発見された惑星は依然として稀である。超新星爆発の過程で、既存の惑星系がほとんど破壊されてしまうからだ。
潮汐力によって天体が変形した事例が全くなかったわけではない。2022年、ハッブル宇宙望遠鏡と欧州宇宙機関（ESA）の宇宙望遠鏡「CHEOPS（ケオプス）」は、約1,500光年離れた系外惑星WASP-103bがラグビーボールのような形に歪んでいるという観測結果を発表した。しかし、PSRJ2322-2650bの変形はこれよりもはるかに極端だ。パルサーという特殊な環境が「惑星は丸い」という常識さえも覆したことになる。
いまだ解明されていない疑問も多い。この天体の独特な大気がどのように形成されたのか、そしてそれがパルサー環境で質量を失った結果なのか、あるいは最初から特異な天体だったのかは、今後の観測を通じて明らかにすべき課題だ。論文の筆頭著者であるシカゴ大学のマイケル・チャン博士は、「ニューヨーク・タイムズ」の取材に対し、「PSRJ2322-2650bは、これまでに確認された天体の中で最も極端に歪んだ事例だ。まだ正式な名称は付けられておらず、全く新しいタイプの天体である可能性がある」と述べた。
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