放浪惑星

大阪大学の天体物理学者、角隆弘氏らは、マイクロレンズ観測天体物理学（MOA）と光学重力レンズ実験（OGL）の共同研究グループを結成し、 2011年にマイクロレンズに関する研究を発表した。彼らは、ニュージーランドのマウント・ジョン天文台にある口径1.8メートル（5フィート11インチ）のMOA-II望遠鏡と、チリのラス・カンパナス天文台にある口径1.3メートル（4フィート3インチ）のワルシャワ大学望遠鏡を用いて、天の川銀河の5000万個の恒星を観測した。その結果、474件のマイクロレンズ現象が発見され、そのうち10件は、周囲に恒星が存在しない木星サイズの惑星が短時間だけ出現するものであった。研究者らは、これらの観測結果から、天の川銀河には恒星1個あたり約2個の木星質量の浮遊惑星が存在すると推定した。^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}ある研究では、天の川銀河の恒星の数よりも最大で 10 万倍も多い浮遊惑星が存在すると示唆したが、この研究は木星よりもはるかに小さい仮想天体も対象としていた。^{[ 28 ]}ワルシャワ大学天文台の Przemek Mróz 氏らが 2017 年に行った研究では、2011 年の研究の 6 倍の統計データを用いて、天の川銀河の主系列星 1 つあたり、木星質量の自由浮遊惑星または広軌道惑星の上限は 0.25 個であると示唆している。^{[ 29 ]}    

2020年9月、マイクロレンズ技術を用いた天文学者たちは、どの恒星にも束縛されず、天の川銀河を自由に漂う地球質量の浮遊惑星（OGLE-2016-BLG-1928と命名）を初めて検出したと報告した。^{[ 16 ] [ 30 ] [ 31 ]}

マイクロレンズ惑星はマイクロレンズ現象によってのみ研究できるため、そのような惑星の特性評価は困難です。そのため、天文学者は直接撮像法によって発見された孤立した惑星質量天体に着目します。褐色矮星またはiPMOの質量を決定するには、例えば、天体の光度と年齢が必要です。^{[ 32 ]}低質量天体の年齢を決定することは困難であることがわかっています。iPMOの大部分は、天文学者が年齢を知っている若い近傍の星形成領域 内で発見されています。これらの天体は2億年未満で、質量が大きく（>5 M _J）^{[ 4 ]} 、 L矮星とT矮星に属します。^{[ 33 ] [ 34 ]}ただし、推定質量が8～20 M _{Jである低温で古い}Y矮星のサンプルが少数ながら増えています。^{[ 35 ]}近傍のスペクトル型Yの浮遊惑星候補には、距離が  7.27 ± 0.13 光年。^{[ 36 ]}この Y 矮星のサンプルをより正確な測定で特徴付けることができれば、あるいはそれらの年齢をより適切に特徴付ける方法が見つかれば、古くて低温の iPMO の数は大幅に増加する可能性が高い。

最初の iPMO は、2000 年代初頭に若い星形成領域内で直接撮像により発見されました。^{[ 37 ] [ 10 ] [ 21 ]}直接撮像により発見されたこれらの iPMO は、おそらく恒星のように形成されました (時には亜褐色矮星と呼ばれます)。惑星のように形成され、その後放出される iPMO もあるかもしれません。しかし、これらの天体は、生まれた星形成領域とは運動学的に異なり、周星円盤に囲まれておらず、金属量が高いはずです。^{[ 22 ]}若い星形成領域内で発見された iPMO は、星形成領域と比較して高い速度を示していません。古い iPMO については、低温のWISE J0830+2837 ^{[ 38 ]}は、約 100 km/s のV _tan (接線速度 ) を示しており、これは高いですが、それでも銀河内での形成と一致しています。WISE 1534–1043 ^{[ 39 ]}については、別のシナリオとして、この天体は V _tanが約 200  km/s と高いため、放出された系外惑星であると説明されていますが、その色は古い金属欠乏褐色矮星であることを示唆しています。大質量 iPMO を研究しているほとんどの天文学者は、それらが星形成プロセスの低質量端を表していると考えています。^{[ 22 ]}

天文学者たちは、ハーシェル宇宙望遠鏡と超大型望遠鏡を用いて、非常に若い自由浮遊惑星質量天体OTS 44を観測し、典型的な恒星形成モードを特徴づけるプロセスが、数木星質量までの孤立天体にも適用されることを実証した。ハーシェルの遠赤外線観測により、OTS 44は少なくとも地球質量の10倍の円盤に囲まれており、最終的には大きな衛星系を形成する可能性があることが示された。^{[ 40 ]}超大型望遠鏡のSINFONI分光器によるOTS 44の分光観測により、円盤が若い恒星の円盤と同様に活発に物質を降着させていることが明らかになった。^{[ 40 ]}

2MASS J1119–1137ABは、 TW Hydrae星団に位置する、発見された最初の惑星質量連星である。

JuMBO 29は、12.5+3太陽質量の_連星候補であり、135天文単位離れており、オリオン星雲に位置している。

最初に発見された惑星質量連星は2MASS J1119–1137ABです。しかし、他にも2MASS J1553022+153236AB ^{[ 41 ] [ 42 ]} 、WISE 1828+2650、WISE 0146+4234、WISE J0336−0143 (褐色矮星と惑星質量天体(BD+PMO) の連星である可能性もある)、 NIRISS-NGC1333-12 ^{[ 43 ]}、Zhang らによって発見されたいくつかの天体^{[ 42 ]など、既知の連星があります。}

オリオン星雲では、40個の広連星と2つの三重連星が発見されました。この発見は2つの点で驚きでした。褐色矮星の連星の傾向から、質量が減少するにつれて低質量天体間の距離が減少すると予測されていたこと、そして連星の割合が質量とともに減少すると予測されていたことです。これらの連星は木星質量連星天体（JuMBO）と名付けられ、iPMOの少なくとも9%を占め、分離距離は340 AU未満です。^{[ 44 ]}これらのJuMBOがどのように形成されたかは不明ですが、広範な研究では、恒星のようにその場で形成されたと主張されています。^{[ 45 ]}もし恒星のように形成されたのであれば、形成を可能にする未知の「特別な要素」が存在するはずです。もし惑星のように形成され、後に放出されたのであれば、放出過程でこれらの連星が分裂しなかった理由を説明する必要があります。JWSTによる将来の観測によって、これらの天体が放出された惑星として形成されたのか、恒星として形成されたのかが解明されるかもしれません。^{[ 44 ]}ケビン・ルーマンはNIRCamのデータを再解析し、JuMBOのほとんどが彼の準恒星天体のサンプルには含まれていないことを発見した。さらに、その色は赤化した背景源または低信号対雑音比源と一致していた。彼はJuMBO 29だけが連星系惑星質量系の有力候補であると考えている。^{[ 46 ]}

既知の候補iPMOは数百個^{[ 47 ] [ 44 ]}、スペクトルを持つ天体は100個以上^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]}、マイクロレンズ効果によって発見された候補天体は少数ながら増加傾向にある。大規模な調査には以下のようなものがある。

2021年12月現在、史上最大の浮遊惑星群が発見されており、その数は推定年齢によって少なくとも70個から最大170個に及ぶ。これらの浮遊惑星は、さそり座上部とへびつかい座の間のOBアソシエーションに位置し、質量は4～13 M _J、年齢は約3～1000万年であり、ガス雲の重力崩壊、または原始惑星系円盤での形成とその後の力学的不安定性による放出によって形成された可能性が最も高い。^{[ 47 ] [ 17 ] [ 51 ] [ 19 ]}すばる望遠鏡とグランテレスコピオカナリアの分光観測による追跡観測では、このサンプルの汚染は非常に低い（≤6%）ことが示された。16個の若い天体の質量は3～14 M _Jであり、これらが実際に惑星質量の天体であることを裏付けている。^{[ 50 ]}  

2023年10月、JWSTによりトラペジウム星団とオリオン星雲内側でさらに大規模な540個の惑星質量天体候補が発見された。これらの天体の質量は13～0.6太陽_質量である。これらの天体の多くは広範囲連星を形成しており、これは予測されていなかった。^{[ 44 ]} 

2001年のモデルでは、少なくとも木星質量の1つ分の質量を持つ天体は、分子雲の崩壊と断片化によって形成される可能性があると考えられていた。 ^{[ 53 ]} JWST以前の観測では、3～5 M _J以下の天体は単独で形成される可能性は低いことが示されている。^{[ 4 ]} 2023年にJWSTで行われたトラペジウム星団の観測では、0.6 M _Jもの質量を持つ天体が単独で形成される可能性があり、急激なカットオフ質量は必要ないことが示されている。^{[ 44 ]}グロビュレットと呼ばれる特定のタイプの球状体は、褐色矮星や惑星質量天体の誕生場所であると考えられている。グロビュレットは、バラ星雲やIC 1805で発見されている。^{[ 54 ]}若いiPMOは、まだ系外衛星を形成する可能性のある円盤に囲まれていることがある。このタイプの系外衛星は主惑星の周りを非常に近い軌道で公転しているため、10～15％の確率でトランジットを起こす可能性が高い。^{[ 55 ]} 

放出された惑星は、ほとんどが低質量（<30 M _🜨図 1 Ma et al.）^{[ 68 ]}であると予測されており、その平均質量は主星の質量に依存します。Ma et al. ^{[ 68 ]}によるシミュレーションでは、1 M _☉の恒星の 17.5% が、 1 星あたり合計 16.8 M _🜨の自由浮遊惑星 (FFP)を放出し、その典型的な (中央値) 質量は 0.8 M _🜨であることが示されました。質量が 0.3 M _{☉の低質量}赤色矮星の場合、12% の恒星が、1 星あたり合計 5.1 M _🜨の自由浮遊惑星を放出し、その典型的な質量は 0.3 M _🜨です。      

Hong et al. ^{[ 69 ]}は、系外衛星が惑星間相互作用によって散乱され、放出された系外衛星になる可能性があると予測した。質量が大きい (0.3–1 M _J ) 放出された FFP は可能と予測されているが、まれであるとも予測されている。^{[ 68 ]}惑星の放出は、惑星間散乱または恒星のフライバイによって発生する可能性がある。別の可能性としては、円盤の断片が放出され、それが惑星質量の天体になるというものがある。^{[ 70 ]}もう一つの提案されているシナリオは、傾斜した周連星軌道にある惑星の放出である。中心連星との相互作用と惑星同士の相互作用により、系内の質量の小さい惑星が放出される可能性がある。^{[ 71 ] [ 72 ]}ただし、このメカニズムの有効性は遭遇の幾何学に依存するが、これは観測的にも理論的にもまだ十分に制約されていない。 

重力的に不安定な若い周星円盤同士の遭遇は、局所的に崩壊して iPMO を形成する細長い潮汐橋を生成する可能性がある。^{[ 73 ]}これらの iPMO は、観測と同様に膨張円盤を宿しており、^{[ 60 ]}放出された惑星の仮説ではほとんど説明できない。また、トラペジウム星団の iPMO が示唆するように、その形成には高い多重度分率がある。^{[ 44 ]}ただし、このメカニズムの有効性は遭遇の幾何学に依存するが、これは観測的にも理論的にもまだ十分に制約されていない。^{[ 74 ]}

恒星または褐色矮星の胚が降着停止を経験すると、惑星質量天体になるのに十分な低質量を維持する可能性がある。このような降着停止は、胚が放出された場合、またはその周星円盤がO型星の近くで光蒸発を経験した場合に起こり得る。放出された胚のシナリオによって形成された天体は、円盤が小さくなるか、円盤が存在せず、そのような天体では連星の割合が減少する。また、自由浮遊する惑星質量天体は、複数のシナリオの組み合わせによって形成される可能性もある。^{[ 70 ]}

これらの天体は直接撮像法によって発見されました。多くは若い星団や星の集まりの中で発見され、古い天体もいくつか知られています（例えばWISE 0855−0714など）。リストは発見年順に並んでいます。

これらの天体はマイクロレンズ法によって発見されました。マイクロレンズ法によって発見された浮遊惑星は、レンズ現象によってのみ研究できます。それらのいくつかは、目に見えない恒星の周りを広い軌道で公転する系外惑星である可能性もあります。^{[ 112 ]}

• 『空気のバケツ』 （1951年）は、フリッツ・ライバーによるSF短編小説で、地球がブラックホールによって太陽系から引きずり出されるである。地球はブラックホールの周りを公転していると明記されているが、最終的な効果は、地球が太陽系から放り出された放浪惑星と同じである。 ^{[ 127 ] [ 128 ]}
• 『第九惑星の秘密』（1959年）—ドナルド・A・ウォルハイムの小説で、冥王星は捕らえられた暴走惑星であり、生き残った文明が存在することが明らかになる^{[ 129 ]}
• スペース1999 （1975～77年）— 熱核爆発によって月が太陽系から弾き飛ばされるイギリスのSFテレビ番組^{[ 127 ]}
• 「ローグ・プラネット」（2002年） -スタートレック：エンタープライズのエピソード
• メトロイドプライム2 エコーズ（2004年） - 自然のエネルギーによって生態系が維持されている、住人たちが「エーテルの光」と呼ぶ、謎めいた惑星を舞台にしたビデオゲーム。
• レミナ（2004年～2005年） –伊藤潤二によるホラー漫画。惑星や恒星を食らう能力を持つ、知性を持った暴走惑星が登場する。
• メランコリア（2011年） –ラース・フォン・トリアー監督によるSF映画。地球に衝突する軌道にある暴走惑星を描いている。
• 『ダーク・エデン』（2012年） –クリス・ベケットによる社会派SF小説
• 『流浪地球』 （2019年）は、地球が太陽系からアルファ・ケンタウリ系へ人工的に移動させられる様子を描いたフラント・グウォ監督のSF映画である^{[ 127 ]。}
• ジェミニ・ホーム・エンターテイメント（2019年～現在） - レミー・アボデによるホラーアンソロジーウェブシリーズ。主な敵は「アイリス」という名の知性を持つ暴走惑星で、太陽系、特に地球と海王星への侵略を企てている^{[ 130 ]。}
• キャロルと世界の終わり（2023年） –ダン・ガターマンによる大人向けアニメーションコメディミニシリーズ