平均密度がわたあめ並の惑星「WASP-193b」を発見
地球や火星のような岩石と金属でできた岩石惑星と比べて、木星や土星のように水素やヘリウムが主成分の「巨大ガス惑星」は密度が低くなります。これに加えて、恒星から極端な熱を受ける「ホットジュピター」のような環境では、大気が熱膨張することでさらに密度が低くなります。 発泡スチロール並に低密度な惑星 リエージュ大学のKhalid Barkaoui氏などの研究チームは、太陽系外惑星観測プロジェクト「スーパーWASP」（※1）の観測データから新たな惑星「WASP-193b」を発見しました。他の観測データも組み合わせて計算したところ、WASP-193bの平均密度はわたあめと同程度の1立方cmあたり0.059gしかないことが分かりました。これは知られている中で2番目に低密度な惑星の発見となります。また、従来の惑星モデルではこれほど極端に低密度な惑星の存在を説明できないため、解明に期待がかかる大きな謎となります。
■惑星の密度はどこまで小さくなるか？
天体の平均密度は、主にどのような物質でできているかによって大幅に変化します。太陽系の惑星の場合、最も平均密度が高いのは地球の1立方cmあたり5.52gで、最も平均密度が低いのは土星の1立方cmあたり0.69gとなります。これは、地球が岩石や金属などの固体物質を主成分とするのに対して、土星は低温でも気体の状態が保たれる水素やヘリウムなどの物質を主成分とするためです。土星は平均密度が水を下回る太陽系唯一の惑星であるため、よく「水に浮かぶ」と例えられます。 太陽以外の天体を公転する「太陽系外惑星」に目を向けると、土星よりもさらに平均密度が低いと推定される惑星がしばしば見つかります。そのような例の大半は「ホットジュピター」に分類される惑星です。物質で分類すると、ホットジュピターは木星や土星と同じ水素やヘリウムを主体としています。しかし、木星や土星が太陽から遠く離れている一方で、ホットジュピターは恒星に対して極めて近い距離を公転しています。恒星から受け取る放射エネルギーも極端に強いため、ホットジュピターの大気は数百℃以上に加熱され、熱膨張します。主体となる物質の密度がもともと低いことに加えて、この熱膨張がホットジュピターを極端な低密度にするのです。 ただし、いくら高温のホットジュピターといえども熱膨張には限界があると予測されています。大気が加熱されると大気を構成する分子の運動速度が増し、惑星の重力を振り切って宇宙空間に逃げ出してしまうからです。膨張した大気が維持されているということは大気を構成する分子が惑星の重力に繋ぎ留められていることを意味しますが、余りにも極端な加熱は膨張を維持できる限界を超えてしまうことになります。 また、極端な熱膨張が起こる環境では熱によって数億年以内の短時間で惑星の大気が全て蒸発してしまうため、岩石を主成分とする中心核だけが残されている場合もあるでしょう（※2）。あるいは、恒星までの距離が極端に近いために潮汐力によって惑星の公転軌道が収縮し、恒星に落下して消滅しているかもしれません。このため、ホットジュピターの平均密度が1立方cmあたり0.2gを下回ることは滅多になく、そのような惑星の発見は単独でニュースとなり得るほどです（※3）。
