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黄色矮星系の居住可能性は、黄色矮星に属する系外惑星の生命の適性を定義する。これらの系は、K型星に属する系とともに、生命体を宿すのに最も適していると考えられているため、科学界で研究対象となっている。[ 1 ]
黄色矮星は、太陽と同様に質量が0.9～1.1太陽質量、表面温度が5000～6000 Kの主系列のG型星です。 [ 2 ] [ 3 ]天の川銀河では3番目に多く、ハビタブルゾーンが紫外線ハビタブルゾーンと完全に一致する唯一の星です。 [ 2 ] [ 4 ]
質量が大きく光度が高い恒星ほど居住可能領域が遠くにあるため、黄色矮星では赤色矮星や橙色矮星よりも主星とこの領域の内縁との間の距離が大きくなります。 [ 5 ]したがって、G型星のこの領域にある惑星は、形成後に発生する強烈な恒星放射から安全であり、より小さな恒星に属する惑星ほど恒星の重力の影響を受けません。[ 6 ] [ 7 ]そのため、このような恒星の居住可能領域にあるすべての惑星は潮汐ロック限界を超えており、したがって自転は軌道と同期していません。[ 7 ]
黄色矮星を周回する地球は、惑星の居住可能性の唯一の既知の例である。このため、系外惑星学の分野における主な目標は、大きさ、平均温度、太陽に似た恒星の周りの位置など、地球の主な特徴を満たす地球類似惑星を見つけることである。[ 8 ] [ 9 ]しかし、技術的な制約により、これらの天体を見つけるのは困難である。これは、トランジットの頻度が低いか、視線速度の半振幅が小さいかのいずれかによるものであり、どちらも恒星からの距離または軌道長半径の結果である。[ 10 ] [ 11 ]
黄色矮星は主系列のG型星に相当し、質量は0.9～1.1太陽質量[ 2 ]、表面温度は5000～6000 Kである[ 3] 。太陽自体もG2V型の黄色矮星であるため[ 12 ] 、これらのタイプの星は太陽類似星としても知られている[ 13 ] [ 14 ]。これらは、赤色矮星と橙色矮星に次いで、最も一般的な主系列星の中で3番目に位置し、天の川銀河全体の10%を占めている[ 2 ]。これらは約100億年間主系列にとどまる。太陽に次いで地球に最も近いG型星は、4.4光年離れた多重星系に属するアルファ・ケンタウリAである[ 2 ] [ 15 ] 。
すべての恒星は、誕生後、自転によって活発な活動期を迎えます。自転速度は誕生初期の方がはるかに速いのです。[ 6 ]この期間の長さは天体の質量によって異なり、最も質量の小さい恒星は最大30億年もこの状態にとどまることがありますが、G型星の場合は5億年です。[ 16 ] [ 17 ]ヴィラノバ大学の天体物理学者エドワード・ギナン氏のチームによる研究では、太陽は初期の頃は10倍も速く自転していたことが明らかになっています。恒星の自転速度は磁場に影響を与えるため、太陽のX線と紫外線の放射は現在よりも数百倍も強かったのです。[ 6 ]
赤色矮星におけるこの段階の延長、およびそれらの潜在的に居住可能な惑星がそれらに対して潮汐固定される可能性[ 18 ]は、これらの惑星の磁場を消滅させ、恒星風との相互作用により、それらの大気と水のほぼすべてが宇宙に失われる結果となる可能性がある。[ 6 ]対照的に、G型星のハビタブルゾーンに属する惑星天体の半長軸は、惑星の自転を可能にするのに十分な広さである。 [ 7 ] [ 19 ]さらに、地球と同等またはそれ以上の質量を持つ惑星では、重力と磁気圏が恒星風の影響を打ち消すことができるため、激しい恒星活動の期間が短すぎて、大気の大部分が消滅することはない。[ 17 ]
黄色矮星のハビタブルゾーンは、その大きさや光度によって変化するが、太陽のようなG2V型矮星の場合、内側の境界は通常0.84 AU 、外側の境界は1.67 AUである。 [ 20 ]半径が0.95 R☉ （太陽より小さい）のG5V型星の場合、ハビタブルゾーンは恒星から0.8～1.58 AUの領域に相当する。太陽より大きいG0V型星の場合、恒星から1～2 AUの距離に位置する。 [ 21 ]ハビタブルゾーンの内側の境界よりも小さい軌道では、水の蒸発、光分解による水素の分離、流体力学的脱出による水素の宇宙への損失のプロセスが引き起こされる。[ 22 ]居住可能領域の外縁を超えると、気温はCO 2の凝縮を可能にするほど低くなり、アルベドの増加と温室効果のフィードバックによる減少につながり、最終的には地球規模の永久的な氷河期が起こるだろう。[ 23 ]
ハビタブルゾーンの大きさは恒星の質量と光度に正比例するため、恒星が大きいほどハビタブルゾーンは大きくなり、恒星表面から遠くなります。[ 5 ]主系列星の中で最も小さい赤色矮星は、その近くに非常に小さなハビタブルゾーンを持ち、そのため、系内の潜在的に居住可能な惑星は、おそらく潮汐ロックを含む恒星の影響を受けます。[ 24 ] G8.5V型のタウ・セティのような小さな黄色矮星でも、ロック限界は0.4237 AUであり、ハビタブルゾーンの内側境界を示す0.522 AUよりも小さいため、この領域でG型恒星を周回する惑星はロック限界をはるかに超え、地球のような昼夜サイクルを持つことになります。[ 25 ]
黄色矮星では、この領域は紫外線居住可能領域と完全に一致します。[ 4 ]この領域は、紫外線への曝露がDNAにとって高すぎる内側の限界と、生物が生物発生プロセスを実行するための最低レベルを提供する外側の限界によって決定されます。[ 26 ]太陽系では、この領域は太陽に対して0.71～1.9 AUの間に位置しており、居住可能領域の両端を示す0.84～1.67 AUと比較されます。[ 4 ] [ 20 ]
G型星の主系列の長さ[ 27 ] 、居住可能領域における紫外線放射のレベル[ 4 ]、この領域の内側境界の長半径[ 20 ] 、潮汐ロック限界までの距離[ 28 ]などを考慮すると、黄色矮星はK型星の隣で生命にとって最も住みやすい星であると考えられている[ 1 ] 。
系外惑星研究の目標の一つは、半径、質量、温度、大気組成など、地球の主な特徴を持ち、太陽に似た恒星に属する天体を見つけることです。 [ 9 ] [ 29 ]理論的には、これらの地球類似天体は、地球外生命の増殖を可能にする同等の居住条件を備えているはずです。[ 9 ] [ 30 ]
赤色矮星系やF型以上の恒星が惑星の居住可能性に深刻な問題を抱えていることから、生命にとって耐えうるシナリオを提供できる唯一の恒星はK型とG型の恒星であると考えられていた。 [ 1 ]太陽類似天体はかつて、太陽のような惑星系を宿す可能性が最も高い候補であり、炭素ベースの生命体や液体の水の海を支えるのに最も適した位置にあると考えられていた。[ 31 ]ルネ・ヘラーとジョン・アームストロングによる「超居住可能な世界」[ 32 ]などのその後の研究では、橙色矮星はG型矮星よりも生命に適している可能性があり、仮説上の超居住可能な惑星を宿している可能性があることが明らかになった。[ 4 ] [ 33 ]
しかし、黄色矮星は、生命に適しているという証拠がある唯一の恒星タイプである。さらに、他のタイプの恒星ではハビタブルゾーンが紫外線ハビタブルゾーンと完全に一致しないのに対し、G型星ではハビタブルゾーンは後者の範囲内に完全に位置する。[ 4 ]最後に、黄色矮星はK型星やM型星よりも初期の激しい恒星活動期がはるかに短いため、太陽類似星に属する惑星は原始大気をより容易に保存し、主系列の大部分にわたって維持することができる。[ 17 ]
発見された系外惑星のほとんどは、他の惑星系の周りの惑星を見つけるためにトランジット法を使用するケプラー宇宙望遠鏡によって検出されています。 [ 34 ] [ 35 ]この手順は、恒星の明るさを分析して、観測所の視点から見て惑星が恒星の前を通過することを示す減光を検出します。[ 36 ]これは、恒星の周りを公転する惑星の重力の影響によって恒星に引き起こされる振動を分析する視線速度法[ 37 ]とともに、系外惑星研究で最も成功している方法です。 [ 38 ]現在の望遠鏡の制限でこれらの手順を使用すると、地球の軌道またはそれ以上の軌道を持つ天体を見つけることが難しくなり、短い軌道長半径を持つ惑星に有利なバイアスが生じます。[ 29 ]その結果、検出された系外惑星のほとんどは、極端に高温であるか[ 38 ]、または低質量星に属しており、そのハビタブルゾーンは恒星に近く、この領域を公転する天体は地球よりも1年が著しく短くなる。[ 10 ]
ケプラー22b、82 G. エリダニd 、地球など、黄色矮星のハビタブルゾーンに属する惑星は、恒星の周りを一周するのに数百日かかります。[ 39 ] [ 11 ]これらの恒星の光度が高いこと、トランジットが少ないこと、ハビタブルゾーンにある惑星の軌道長半径が大きいことから、この種の天体を検出する確率は低下し、KOI-5123.01やKOI-5927.01の場合のように、偽陽性の数が大幅に増加します。 [ 40 ] [ 41 ]今後10年間に計画されている地上および軌道上の観測所は、黄色矮星系における地球類似天体の発見を増やす可能性があります。 [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]
ケプラー452bは、はくちょう座に位置し、地球から1400光年離れています。[ 46 ]その半径は約1.6地球半径[ 47 ]で、ハーバード・スミソニアン天体物理学センター（CfA）の研究者であるコートニー・ドレッシングのチームが定めた、地球型惑星とミニネプチューンを分ける境界線上にあります。 [ 48 ]惑星の密度が地球と似ている場合、質量は約5地球質量、重力は2倍になります。[ 47 ]ケプラー452は、太陽のようなG2V型の黄色矮星で、推定年齢は60億年（6 Ga）で、太陽系の45億年と比べています。[ 47 ]
その恒星の質量は太陽よりわずかに大きく、1.04 M☉なので、地球の 365 日に対して 385 日でその周りを公転しているにもかかわらず、地球よりも暖かい。アルベドと大気組成が似ている場合、平均表面温度は約 29 °Cになる。[ 49 ]
NASAエイムズ研究センターのジョン・ジェンキンス氏によると、ケプラー452bが地球型惑星なのか、海洋惑星なのか、ミニネプチューンなのかは不明である。[ 46 ]もし地球型地球型天体であれば、雲の濃度が高く、火山活動が活発で、恒星の光度が絶えず増加しているため、金星と同様の制御不能な温室効果に見舞われる可能性が高い。これは、主系列星としてハビタブルゾーンに留まり続けた後のことである。[ 50 ] SETI研究所の科学者でケプラーミッションのメンバーであるダグ・コールドウェル氏は、ケプラー452bは地球が10億年後に経験するのと同じプロセスを経験している可能性があると推定している。[ 51 ]
タウ・セティ e は、地球から 12 光年離れたくじら座の G8.5V 型恒星の周りを公転しています。 [ 49 ]半径は 1.59 R ⊕、質量は 4.29 M ⊕なので、ケプラー 452b と同様に、地球型惑星とガス惑星の境界に位置しています。公転周期はわずか 168 日で、地球のような大気組成とアルベドを仮定すると、温度は約 50 °C になります。[ 49 ]
この惑星はハビタブルゾーンの内縁に位置し、地球よりも約60%多くの光を受けています。その大きさから、大気中のガス濃度が高い可能性があり、スーパー金星[ 52 ]タイプの天体であると考えられます。そうでなければ、最初に発見された熱惑星である可能性があります。[ 53 ] [ 49 ]
ケプラー22bは、はくちょう座に位置し、地球から600光年の距離にあります。[ 49 ] 290日ごとにG5V型の恒星の周りを1周します。[ 54 ]半径は2.35地球半径で、地球のような密度を仮定すると、質量は20.36地球質量と推定されます。惑星の大気とアルベドが地球と似ている場合、表面温度は約22℃になります。[ 55 ]
これは、ケプラー望遠鏡によって発見された、恒星のハビタブルゾーンに属する最初の系外惑星でした。 [ 56 ]コートニー・ドレッシングのチームが設定した限界を考慮すると、その大きさから、ミニネプチューンである可能性が非常に高いです。[ 48 ] [ 49 ]
2024年10月、G型星HD 20794（19.7光年離れた位置）を周回する、地球質量の6.4倍の温帯惑星の存在が確認された。この惑星は、恒星のハビタブルゾーンの外側を部分的に周回している。[ 11 ]