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炭素惑星は、酸素よりも炭素を多く含む仮想的な惑星の一種である。[1]炭素は、質量で水素、ヘリウム、酸素に次いで宇宙で4番目に多い元素である。
マーク・クフナーとサラ・シーガーは2005年に「炭素惑星」という用語を作り出し、木星は炭素を豊富に含む核から形成されたというカタリーナ・ロッダースの示唆を受けてそのような惑星を調査した。 [2] 炭素と酸素の比率が高い惑星に関する以前の調査には、フェグリー＆キャメロン1987がある。[3]原始惑星系円盤が炭素に富み酸素が乏しい場合に炭素惑星が形成される可能性がある。それらは、主にケイ素と酸素の化合物で構成される地球、火星、金星とは異なる形で発達するだろう。惑星系が異なれば炭素と酸素の比率も異なり、太陽系の地球型惑星はC/Oモル比が0.55の「酸素惑星」に近い。[4] 2020年に行われた太陽類似星249個の調査では、12%の星のC/O比が0.65を超えており、炭素が豊富な惑星系の候補となっていることがわかった。[5] C/Oモル比が0.78の主星を周回する太陽系外惑星55 Cancri eは、[6]炭素惑星の可能性がある。
意味
そのような惑星は、既知の地球型惑星のように鉄を豊富に含む核を持つと考えられます。その周囲には溶融した炭化ケイ素と炭化チタンがあります。その上にはグラファイトの形をした炭素の層があり、十分な圧力があれば数キロメートルの厚さのダイヤモンドの基質が存在する可能性があります。火山の噴火時には、内部のダイヤモンドが表面に現れ、ダイヤモンドと炭化ケイ素の山ができる可能性があります。表面には凍結または液体の炭化水素（タールやメタンなど）と一酸化炭素が含まれています。[7]平均表面温度が77℃未満であれば、大気を持つ炭素惑星では気象サイクルが理論的に可能です。
しかし、炭素惑星には水が存在しない可能性が高い。彗星や小惑星から運ばれた酸素が表面の炭素と反応してしまうため、水は生成されないからである。比較的低温の炭素惑星の大気は、主に二酸化炭素または一酸化炭素で構成され、かなりの量の炭素スモッグが含まれる。[8]
構成
炭素惑星は、同じ質量のケイ酸塩惑星や水惑星と直径が似ていると予測されており、区別が難しい可能性があります。[10]地球の地質学的特徴に相当するものも存在する可能性がありますが、組成が異なります。たとえば、川は石油でできている可能性があります。温度が十分に低ければ（350 K未満）、ガスは光化学的に長鎖炭化水素に合成され、表面に降り注ぐ可能性があります。
2011年、NASAはTPFと呼ばれるミッションを中止した。これはハッブル宇宙望遠鏡よりもはるかに大きな観測所で、そのような惑星を発見できるはずだった。炭素惑星のスペクトルには水は存在しないが、一酸化炭素などの炭素質物質の存在が示される。
候補
ドラウグル、ポルターガイスト、フォベター
パルサー惑星 ドラウグル、ポルターガイスト、フォベターは、炭素を生産する恒星の破壊によって形成された炭素惑星である可能性がある。炭素惑星は、炭素と酸素の比率が太陽よりも高い恒星がある銀河中心や銀河を周回する球状星団の近くに位置している可能性もある。古い恒星が死ぬと、大量の炭素を放出する。時が経ち、恒星の世代がどんどん終わるにつれて、炭素と炭素惑星の濃度は増加するだろう。[11]
ヤンセン
2012年10月、ヤンセンが炭素惑星である証拠を示したと発表された。この惑星は地球の8倍の質量と2倍の半径を持つ。研究によると、2,150 °C (3,900 °F) のこの惑星は「水と花崗岩ではなく、グラファイトとダイヤモンドで覆われている」という。この惑星は18時間ごとに恒星コペルニクスの周りを一周する。 [12]
その他の炭素を多く含む物体
2011 年 8 月、オーストラリアのスウィンバーン工科大学のマシュー ベイルズ氏と同僚は、ミリ秒パルサーPSR J1719-1438には連星の伴星があり、それが押しつぶされて、主に固体ダイヤモンドでできたはるかに小さな惑星になっている可能性があると報告しました。彼らは、小さな伴惑星がパルサーの周りを回っていて、検出可能な重力を引き起こしているに違いないと推測しました。さらに調査したところ、この惑星は比較的小さい (直径 60,000 km、つまり地球の 5 倍) ものの、質量は木星よりわずかに大きいことがわかりました。惑星の高密度は、炭素と酸素で構成されている可能性を示唆し、元素の結晶構造を示唆しました。[13]ただし、この「惑星」は蒸発した白色矮星の伴星の残骸であり、内核だけが残っていると仮定されています。惑星の定義によっては、恒星として形成されたため、惑星には該当しません。[14]
距離267+1.2
−0.9 pc（約870光年）[15] PSR J2222−0137は、低質量中性子星の伴星が白色矮星（PSR J2222−0137 B）で ある近傍の中質量連星パルサーである。白色矮星は1.319 ± 0.004 M ☉ [16]と比較的大きく、温度は3,000 K未満である[15]ため、結晶化している可能性があり、この地球サイズの白色矮星は「ダイヤモンド星」と呼ばれている。[17]
褐色矮星
褐色矮星の周りの惑星は水が枯渇した炭素惑星である可能性が高い。[18]
参照
参考文献
- ^ Kuchner, Marc J. ; Seager, S. (2005). 「太陽系外炭素惑星」. arXiv : astro-ph/0504214 .
- ^ Lodders, Katharina (2004). 「木星は熱よりもタールで形成された」(PDF) . The Astrophysical Journal . 611 (1): 587–597. Bibcode :2004ApJ...611..587L. doi :10.1086/421970. S2CID 59361587.
- ^ Fegley, Bruce Jr.; Cameron, AGW (1987年4月). 「水星原始惑星における鉄/珪酸塩分別の蒸発モデル」(PDF) .地球惑星科学レター. 82 (3–4): 207–222. Bibcode :1987E&PSL..82..207F. CiteSeerX 10.1.1.667.7941 . doi :10.1016/0012-821X(87)90196-8.
- ^ PE ニッセン、惑星を持つ恒星の炭素と酸素の比率
- ^ ストンクテ、E.;チョルニー、Y.タウトヴァイシエネ、G.ドラズダウスカス、A.ミンケヴィチュテ、R.ミコライティス、Š.;ケルドセン、H.エッセン、C.フォン。パクシュティエネ、E.バグドナス、V. (2020)。 「北の空の矮星の高解像度分光研究: リチウム、炭素、酸素の豊富さ」。天文ジャーナル。159 (3): 90.arXiv : 2002.05555。ビブコード:2020AJ....159...90S。土井：10.3847/1538-3881/ab6a19。S2CID 211096705。
- ^ Teske, Johanna K.; Cunha, Katia; Schuler, Simon C.; Griffith, Caitlin A.; Smith, Verne V. (2013). 「低温の金属に富む太陽系外惑星ホストにおける炭素と酸素の存在量: 55 Cancri の C/O 比のケーススタディ」. The Astrophysical Journal . 778 (2): 132. arXiv : 1309.6032 . Bibcode :2013ApJ...778..132T. doi :10.1088/0004-637X/778/2/132. S2CID 119291907.
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- ^ Seager, Sara ; Kuchner, Marc ; Hier-Majumder, Catherine; Militzer, Burkhard (2007). 「固体系外惑星の質量と半径の関係」. The Astrophysical Journal . 669 (2): 1279. arXiv : 0707.2895 . Bibcode :2007ApJ...669.1279S. doi :10.1086/521346. S2CID 8369390.
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- Than, Ker (2006 年 6 月 7 日)。「恒星の惑星にはダイヤモンドの山があるかもしれない」。Space.com。
