論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1805.00596
Debrecht et al. (2018)
Generation of a Circumstellar Gas Disk by Hot Jupiter WASP-12b
(ホットジュピター WASP-12b による星周ガス円盤の生成)

概要

WASP-12 系では，非常に高温のホットジュピター WASP-12b からの大気散逸に加え，通常は明るいはずの Mg II h&k 線での広い減衰が観測されている．惑星からの物質の流出によって，恒星の周りに透過性の星周雲が形成されることで，観測されている特徴が引き起こされているという仮説が提唱されている．

ここでは，惑星と恒星それぞれの表面からの惑星風と恒星風を考慮して，WASP-12 の周辺環境の三次元流体シミュレーションを行った．その結果，観測を説明できるだけの十分な高密度のトーラス構造は，およそ 13 年で形成できることが判明した．

また Ly α 波長での合成観測を，惑星が軌道上の異なる場所にいる時で作成した．その結果，惑星が軌道上のどの位置にいる場合でも，恒星周辺の物質による大きな吸収が発生することを再現した．これは観測から示唆されている現象である．

WASP-12 系の観測的特徴

高層大気と大気散逸の観測

WASP-12b は，HD 209458b，HD 189733b と並んで，大気散逸が紫外線のトランジット観測を介して直接観測されている 3 つのホットジュピターのうちのひとつである (Vidal-Madjar et al. 2003, 2004, 2013，Linsky et al. 2010，Lecavelier des Etangs et al. 2010, 2012，Fossati et al. 2010，Haswell et al. 2012)
なお，トランジットを起こさないホットジュピターとしては，55 Cnc b (かに座55番星b) の暫定的な検出例がある (Ehrenreich et al. 2012)．

WASP-12b に対して，ハッブル宇宙望遠鏡の Cosmic Origins Spectrograph (COS) を用いた近紫外線トランジット観測が行われている．その結果，近紫外線波長でのトランジット深さは，可視光よりも最大で 3 倍深いことが判明している．この結果は，惑星の高層大気がロッシュローブを満たしており，惑星は質量を急速に失っていると示唆するものである (Fossati et al. 2010，Haswell et al. 2012)．

この観測データからは，一階電離のマグネシウムと鉄も同様に惑星の高層大気から検出されている．これらの成分は，ハイドロダイナミックエスケープの最中に水素との頻繁な衝突によって引きずられてきたものだと考えられる．

近紫外線での早いトランジットへの入り

また，可視光に比べて近紫外線ではトランジットへの入り (ingress) が早いことも判明している．これは，惑星前方でのバウショック領域による吸収だと考えられてきた．バウショックの形成原因は，惑星の固有磁場によるものか，あるいは広がる惑星大気によるものかのどちらかであるとの仮設が提唱されている (Vidotto et al. 2010, 2015, Bisikalo et al. 2013)．

また別の可能性としては，大気散逸によって惑星から引き離された物質がトーラスと出会う場所で形成される，惑星前方の領域にある高密度の (従って光学的に厚い) 領域による吸収という仮説がある (Lai et al. 2010)．

マグネシウムのスペクトル異常の検出とその原因

しかし，重要な興味深い点は，ハッブル宇宙望遠鏡の観測によってこの恒星の近紫外線スペクトルが明らかになり，通常は明るいはずの Mg II h&k 共鳴線が存在する場所に，広い凹みがあることが分かっているという事である (Haswell et al. 2012)．このスペクトルの異常は，惑星の軌道位相 (軌道上の位置) によらず存在している．

観測されているスペクトルの異常は，WASP-12 のスペクトル型と年齢を持つ恒星に対しては完全に予想外の特徴である．

Fossati et al. (2013) は考えうる起源の解析を行い，この恒星が本質的に異常に低い恒星活動を持つことがスペクトルの異常の原因であるという仮説を，初めて否定した．この結論は後に，視線速度測定結果中に存在するゆらぎの総量によっても独立に確認されている (Bonomo et al. 2017)．
また，星間物質による吸収が原因という仮説も排除される (Fossati et al. 2013)．

そのため，スペクトルの異常の原因は WASP-12 周囲に局所的に存在する物質による吸収によるというのが，説明としてもっともらしい．例えば，強く輻射を受けている惑星からの散逸したガスが，安定に存在する半透明の星周雲を形成しているという仮説である (Haswell et al. 2012)．

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