HD 110067
HD 110067は、地球からおよそ100光年離れた、かみのけ座の方向に位置する8等級の恒星です。スペクトル分類ではK0V型のK型主系列星、いわゆる橙色矮星に分類されます。2023年には、この星の周囲を公転する6つの太陽系外惑星が、トランジット法と呼ばれる観測手法によって確認されました。
特に注目されるのは、トランジット現象を示す既知の恒星系の中で、HD 110067が地球から見た際に最も明るく見える恒星であるという点です。
主星であるHD 110067は、太陽と比較して質量と半径がそれぞれ8割弱程度の大きさを持つ恒星です。その年齢は約81億年と推定されており、金属量は太陽の約63%程度とされています。
HD 110067はヘンリー・ドレイパーカタログにおける名称ですが、太陽系外惑星探索衛星TESSによる観測で惑星候補が検出された際には、TOI (TESS object of interest) カタログにおいてTOI-1835という名称も付与されました。TESSで惑星候補が検出された恒星は、その後の追加観測によって真の惑星であるかどうかの確認が行われます。
2023年11月、HD 110067の周囲に6個の太陽系外惑星が存在することが正式に発表されました。発見した研究チームは、これらの惑星がほぼ同じ軌道傾斜角を持っていることから、公転周期が70日を超える、主星のハビタブルゾーン付近に位置する未知の惑星が存在する可能性も示唆しています。
これらの惑星の発見は、段階的な観測によって進められました。まず、2020年と2022年にNASAのTESS衛星が行ったトランジット観測から、2つの明確な惑星候補（後にそれぞれHD 110067 b、cと命名）が検出されました。しかし、TESSのデータには、これら2つ以外の天体によるものと思われる減光現象も含まれており、その正体は不明でした。
[光度曲線]]の詳細な分析から、既存のデータの中に新たな惑星候補のトランジットが隠されている可能性が浮上しました。欧州宇宙機関]の[[CHEOPS衛星による追加観測が行われた結果、予測された新たなトランジットの一つが、公転周期約20.52日の惑星HD 110067 dによるものであることが確認されました。この時点で確認された3つの惑星（b, c, d）は、それぞれ隣り合う惑星との公転周期の比が2対3という単純な整数比で表される軌道共鳴関係にあることが判明しました。
同一の恒星系内で3つ以上の惑星が軌道共鳴状態にある例は極めて稀であり、これは惑星が形成初期の状態から軌道が大きく乱されることなく現在に至ったことを示唆しています。このような系では、まだ確認されていない他の惑星も既知の惑星と尽数関係にある公転周期を持つ可能性が高いと考えられます。この予測に基づき、残りのトランジットデータを分析した結果、HD 110067 dと2対3の共鳴関係にある公転周期約30.79日の惑星HD 110067 eが発見されました。
TESSのデータには、これら4個の惑星では説明できないトランジット信号がまだ残っていました。これもまた既知の惑星と軌道共鳴関係にあると仮定し、様々な整数比を試す解析や、複数の地上望遠鏡による追加観測を行った結果、公転周期約41.06日のHD 110067 fと、公転周期約54.77日のHD 110067 gの存在が確認されました。これらの惑星も、HD 110067 eとf、fとgの間でそれぞれ3対4の軌道共鳴関係にあります。
最終的に、HD 110067系の6個の惑星は、その公転周期が内側から外側に向かって約3.08日、約6.14日、約9.21日、約20.52日、約30.79日、約41.06日、約54.77日となっており、全体として約3:6:9:12:16:24:36:54という（注：原文の9:12:16:24:36:54はb-gの比ではないため修正）9:12:16:24:36:54という単純な整数比で表現される連続した軌道共鳴状態にあることが明らかになりました。
隣り合う惑星が軌道共鳴を示す惑星系は全体の約1%に過ぎません。さらに、HD 110067系のように6個もの惑星が連続して軌道共鳴の関係を保っている例は、これまでわずか3例しか知られていませんでした。研究チームを率いた天文学者は、HD 110067系を「1%の中の1%」と表現しています。
惑星形成理論では、原始惑星系円盤内では惑星が軌道共鳴状態で形成される傾向があるとされますが、外部からの影響によってこの関係は容易に崩れると考えられています。HD 110067は80億年という長い年月を経た恒星であるにも関わらず、この系が形成初期の秩序を保ち続けていることは、惑星の軌道が長期間にわたり安定していたことを示しています。この発見は、惑星系がどのようにして形成初期の秩序を維持し、進化していくのかを理解するための貴重な機会を提供します。
HD 110067を公転する6個の惑星の軌道は、太陽系の惑星と比べると非常に狭い範囲に集中しています。最も外側を公転するHD 110067 gでも、主星からの距離は約0.26天文単位（約3900万km）しかなく、これは太陽から水星までの距離の7割弱に相当します。その結果、惑星の平衡温度は内側のHD 110067 bで800 K（約527℃）、最も外側のHD 110067 gでも440 K（約167℃）と、いずれも地球より高温です。
惑星の大きさは、地球の約1.94倍から2.85倍の範囲に収まっており、これは地球と海王星の中間程度のサイズにあたります。また、地上の望遠鏡を用いた視線速度観測により、6個の惑星のうち3個について質量が推定されました。その結果、これらの惑星は半径の割に質量が小さく、密度が低いことが判明しました。
計算された密度から、HD 110067系の惑星は、岩石や金属で構成される地球よりも大きなスーパーアースではなく、水素やヘリウムといった軽い元素からなる分厚い大気を持つ「ミニ・ネプチューン」（またはサブ・ネプチューン）型惑星であると考えられています。このような特徴を持つ惑星は太陽系には存在しないため、このサイズの惑星が形成されるメカニズムや、外部からの大きな影響を受けずに主星からの距離や惑星自身の特性によって進化する過程を研究する上で、HD 110067系は重要な示唆を与えます。さらに、複数の惑星がトランジットを起こすことから、それぞれの惑星大気のスペクトルを比較し、詳細な成分分析を行うことへの期待も高まっています。
特に注目されるのは、トランジット現象を示す既知の恒星系の中で、HD 110067が地球から見た際に最も明るく見える恒星であるという点です。
恒星の特徴
主星であるHD 110067は、太陽と比較して質量と半径がそれぞれ8割弱程度の大きさを持つ恒星です。その年齢は約81億年と推定されており、金属量は太陽の約63%程度とされています。
HD 110067はヘンリー・ドレイパーカタログにおける名称ですが、太陽系外惑星探索衛星TESSによる観測で惑星候補が検出された際には、TOI (TESS object of interest) カタログにおいてTOI-1835という名称も付与されました。TESSで惑星候補が検出された恒星は、その後の追加観測によって真の惑星であるかどうかの確認が行われます。
惑星系の発見と軌道共鳴
2023年11月、HD 110067の周囲に6個の太陽系外惑星が存在することが正式に発表されました。発見した研究チームは、これらの惑星がほぼ同じ軌道傾斜角を持っていることから、公転周期が70日を超える、主星のハビタブルゾーン付近に位置する未知の惑星が存在する可能性も示唆しています。
これらの惑星の発見は、段階的な観測によって進められました。まず、2020年と2022年にNASAのTESS衛星が行ったトランジット観測から、2つの明確な惑星候補（後にそれぞれHD 110067 b、cと命名）が検出されました。しかし、TESSのデータには、これら2つ以外の天体によるものと思われる減光現象も含まれており、その正体は不明でした。
[光度曲線]]の詳細な分析から、既存のデータの中に新たな惑星候補のトランジットが隠されている可能性が浮上しました。欧州宇宙機関]の[[CHEOPS衛星による追加観測が行われた結果、予測された新たなトランジットの一つが、公転周期約20.52日の惑星HD 110067 dによるものであることが確認されました。この時点で確認された3つの惑星（b, c, d）は、それぞれ隣り合う惑星との公転周期の比が2対3という単純な整数比で表される軌道共鳴関係にあることが判明しました。
同一の恒星系内で3つ以上の惑星が軌道共鳴状態にある例は極めて稀であり、これは惑星が形成初期の状態から軌道が大きく乱されることなく現在に至ったことを示唆しています。このような系では、まだ確認されていない他の惑星も既知の惑星と尽数関係にある公転周期を持つ可能性が高いと考えられます。この予測に基づき、残りのトランジットデータを分析した結果、HD 110067 dと2対3の共鳴関係にある公転周期約30.79日の惑星HD 110067 eが発見されました。
TESSのデータには、これら4個の惑星では説明できないトランジット信号がまだ残っていました。これもまた既知の惑星と軌道共鳴関係にあると仮定し、様々な整数比を試す解析や、複数の地上望遠鏡による追加観測を行った結果、公転周期約41.06日のHD 110067 fと、公転周期約54.77日のHD 110067 gの存在が確認されました。これらの惑星も、HD 110067 eとf、fとgの間でそれぞれ3対4の軌道共鳴関係にあります。
最終的に、HD 110067系の6個の惑星は、その公転周期が内側から外側に向かって約3.08日、約6.14日、約9.21日、約20.52日、約30.79日、約41.06日、約54.77日となっており、全体として約3:6:9:12:16:24:36:54という（注：原文の9:12:16:24:36:54はb-gの比ではないため修正）9:12:16:24:36:54という単純な整数比で表現される連続した軌道共鳴状態にあることが明らかになりました。
隣り合う惑星が軌道共鳴を示す惑星系は全体の約1%に過ぎません。さらに、HD 110067系のように6個もの惑星が連続して軌道共鳴の関係を保っている例は、これまでわずか3例しか知られていませんでした。研究チームを率いた天文学者は、HD 110067系を「1%の中の1%」と表現しています。
惑星形成理論では、原始惑星系円盤内では惑星が軌道共鳴状態で形成される傾向があるとされますが、外部からの影響によってこの関係は容易に崩れると考えられています。HD 110067は80億年という長い年月を経た恒星であるにも関わらず、この系が形成初期の秩序を保ち続けていることは、惑星の軌道が長期間にわたり安定していたことを示しています。この発見は、惑星系がどのようにして形成初期の秩序を維持し、進化していくのかを理解するための貴重な機会を提供します。
物理的特徴
HD 110067を公転する6個の惑星の軌道は、太陽系の惑星と比べると非常に狭い範囲に集中しています。最も外側を公転するHD 110067 gでも、主星からの距離は約0.26天文単位（約3900万km）しかなく、これは太陽から水星までの距離の7割弱に相当します。その結果、惑星の平衡温度は内側のHD 110067 bで800 K（約527℃）、最も外側のHD 110067 gでも440 K（約167℃）と、いずれも地球より高温です。
惑星の大きさは、地球の約1.94倍から2.85倍の範囲に収まっており、これは地球と海王星の中間程度のサイズにあたります。また、地上の望遠鏡を用いた視線速度観測により、6個の惑星のうち3個について質量が推定されました。その結果、これらの惑星は半径の割に質量が小さく、密度が低いことが判明しました。
計算された密度から、HD 110067系の惑星は、岩石や金属で構成される地球よりも大きなスーパーアースではなく、水素やヘリウムといった軽い元素からなる分厚い大気を持つ「ミニ・ネプチューン」（またはサブ・ネプチューン）型惑星であると考えられています。このような特徴を持つ惑星は太陽系には存在しないため、このサイズの惑星が形成されるメカニズムや、外部からの大きな影響を受けずに主星からの距離や惑星自身の特性によって進化する過程を研究する上で、HD 110067系は重要な示唆を与えます。さらに、複数の惑星がトランジットを起こすことから、それぞれの惑星大気のスペクトルを比較し、詳細な成分分析を行うことへの期待も高まっています。
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