恒星の灰から生まれた惑星
太陽のような星は、燃料を使い果たすと巨星にふくらみ、外側の層を宇宙へ吹き飛ばして、白色矮星を残す。密度が高く、ゆっくり冷えていく芯だ。多くの白色矮星の大気には、数日のうちに沈んで見えなくなるはずの重い元素が見られる。その説明は、いまではしっかり確立している。白色矮星は砕けた惑星系の天体の残骸をのみ込んでいるのだ。残骸はさまざまだが、全体としては私たちの太陽系の岩石に似ている。
惑星はふつう、星をとりまくガスと塵の円盤の中で、星と同時にできる。これが第一世代の惑星だ。原理的には、星が死んだあとで、星が放り出した物質から惑星ができることもありうる。パルサーのまわりの惑星は、一般にこの第二世代だと考えられている。白色矮星のまわりでは、まだ一つも見つかっていなかった。
説明のつかない100本の線
HS 0209+0832は、高温で若い白色矮星だ。表面温度は約3万5800度、冷えはじめてからわずか約500万年で、私たちから約82.6パーセク離れている。この星は昔から奇妙だった。水素の大気に約1%のヘリウムを含んでいるが、この温度なら数か月で沈むはずだ。そして1999年にハッブル宇宙望遠鏡が撮った紫外線スペクトルには、炭素、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、チタン、ニッケル、亜鉛に加えて、誰にも特定できない線が100本ほど写っていた。
ウォーリック大学とほか八つの研究機関のジェイミー・ウィリアムズ(Jamie Williams)、ボリス・ゲンジッケ(Boris Gänsicke)らは、ハッブル、紫外線衛星FUSE、超大型望遠鏡VLTのアーカイブのスペクトルを解析し直した。最新の原子データを使うと、謎の線の大半は銅とニオブだとわかった。ニオブだけで62本ある。FUSEが観測したほかの高温で汚染された白色矮星33個のうち、ニオブを示すものは一つもない。
希少金属に富み、岩石に乏しい
次にチームは、何が星に降り注いでいるのかを割り出した。一部の元素は星自身の光によって部分的に押し上げられていて、勘定が複雑になるので、そうでない元素に注目した。その結果は、どの既知の白色矮星にも、どの隕石にも合わない。
- 鉄より重い元素、つまり亜鉛、銅、ニオブが強く濃縮されている。カルシウムと比べると、ニオブは太陽の1000倍以上多い。
- 鉄は検出されず、ケイ素もごくわずかしかない。この二つで地球の質量の約48%を占めるのにだ。ニッケルは鉄の2倍以上ある。地球では、ニッケルは鉄の約5%にすぎない。
- 窒素、酸素、リン、硫黄は乏しい。これは氷の彗星ではない。
死にゆく星の指紋
一生の終わりに近い巨星は、遅い中性子捕獲、いわゆる「s過程」でつくられる宇宙の元素の大部分を生み出す。ニオブもその一つだ。著者らは、そうした星の138のモデルを使い、その風がニオブとストロンチウムで最大100倍、ニッケル、銅、亜鉛でほどほどに濃縮されうること、そして鉄やケイ素はまったく濃縮されないことを示した。
彼らのシナリオはこうだ。もとの星の近くにいた伴星が、巨星の段階でのみ込まれた。星の外層は放出されてs過程の元素に富む円盤をつくり、そこで、生まれたばかりの白色矮星の近くに、巨大惑星が育った。これに対して、ふつうの惑星では、これほどのニオブをつくりだせる既知の過程はない。ニオブが測定された100個の星の中で、カルシウムに対する比が最も高いものでも、ここより200倍以上低い。
蒸発の現場をおさえられた惑星
ヘリウムも降ってきている。岩石の天体はヘリウムを供給しない。著者らは、白色矮星は強烈な紫外線で熱せられた巨大惑星から逃げ出す大気を食べている可能性が最も高いと結論づけた。
NASAの衛星TESSのデータが手がかりを加える。この系の明るさは、4.4日の周期で0.12%変動している。白色矮星のふつうの自転よりずっと遅い。これは、0.044天文単位の軌道を回る惑星と合う。二つの解釈が提案されている。昼側がかすんだ、若くまだ熱い巨大惑星の昼夜のサイクルか、あるいは蒸発したガスの彗星のような尾が星の前を横切っているのか。後者なら、測られるヘリウムの量が変動する理由も説明できるかもしれない。
まだかみ合わないこと
著者らはいくつかの謎を挙げている。ストロンチウムがない。どのモデルもニオブより多くのストロンチウムを予測するのに、ここではストロンチウムが100倍以上も少ない。ニオブはモデルの最高値すら上回り、鉄に対するニッケルの過剰も説明しにくい。巨星の物質で濃縮されたいくつかの星も、ストロンチウムよりニオブを多く示しており、モデルが見落としている過程があることをうかがわせる。惑星の大気の化学が元素の組み合わせを入れ替えている可能性もある。第二世代惑星の大気をモデル化した人は、まだいない。
この天体はまだ候補にとどまる。ほかの例を見つけるために、チームは、高温の白色矮星の紫外線スペクトルで同じ特徴、つまり大量の炭素とs過程の元素を探すことを提案している。鉛が検出されれば、もとの星の組成を突き止められるだろう。