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SCIENTIFIC AMERICAN November 2013

Worlds with Two Suns

2つの太陽を持つ世界

By William F. Welsh /Laurance R. Doyle W. F. ウェルシュ /L. R. ドイル
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As beautiful as sunsets are on Earth, imagine a double sunset with stars of different colors, casting moving shadows of orange and red. For years the two of us wondered if paired, or “binary,” stars could support planets. Could worlds like the fictional Tatooine from Star Wars, where the sky is lit with the glow of two different suns, really exist?  地球の夕暮れは美しい。しかし,色違いの2つの太陽がオレンジと赤の影を投げかけながら沈んでいく様子を想像してみてほしい。私たち2人(ウェルシュとドイル)はかねて,2つの恒星が連なった「連星」に惑星は存在するのか疑問を抱いてきた。映画『スター・ウォーズ』に登場する架空の惑星タトゥイーンのように,2つの太陽が輝く空は現実に存在するのだろうか?
Astronomers had reason to think such systems might exist, yet some theorists disagreed. The environment around a pair of stars, they argued, would be too chaotic for planets to form. Unlike a body circling a single star, a planet orbiting a pair of stars would have to contend with two gravitational fields. And because the stars themselves orbit each other, the strength of the gravitational forces would constantly change. Even if a planet could form in such a dynamic environment, its long-term stability would not be assured—the planet could wind up being ejected into deep space or crashing into one of the stars. Observations of binary star systems had shown some indirect evidence for these “circumbinary” planets, but direct evidence remained elusive.  天文学者はそれなりの根拠を持って惑星を従えた連星が存在する可能性があると考えたが,賛同しない理論研究者もいた。連星の周囲の環境は無秩序すぎて惑星形成には適さないという主張だ。恒星が1つの場合と異なり,連星の周りを公転する惑星は2種類の重力場に対応しなければならない。連星をなす恒星そのものも互いに周回運動をしているため,惑星が受ける重力は刻々と変化する。
 このように激しく変化する環境で仮に惑星が生まれても,長期間にわたって安定して存在できる保証はない。振り回されたあげくに宇宙の奥深くに放り出されるかもしれないし,恒星のどちらかにぶつかってしまうかもしれない。こうした「周連星惑星」が存在する間接的な証拠は,連星の観測から得られていたが,直接的な証拠はつかめていなかった。
Over two decades of effort by William Borucki and his collaborators to get an exoplanet-hunting spacecraft launched finally came to fruition in March 2009. nasa’s Kepler Mission has since proved to be spectacularly successful, quickly revealing hundreds, then thousands, of planet candidates via the transit method, which searches for the mini eclipse that occurs when a planet orbits in front of the star, blocking some of its light. But after two years, no circumbinary planets had been detected. The frustrating lack of evidence began to take its toll. In a weekly Kepler telephone conference in the spring of 2011, one of us offered an attempt at black humor: “Maybe we should write a paper on why they don’t exist.” Silence followed.  米航空宇宙局(NASA)のボルッキ(William Borucki)らは太陽系外惑星を探すことを目的とした探査機の打ち上げを目指していた。彼らの20年以上に及ぶ努力は2009年3月に実を結んだ。この時,打ち上げられたケプラー宇宙望遠鏡は華々しい成功を収めた。惑星が恒星の手前を通過(トランジット)する時,恒星の光をわずかに遮ることによって起こる食を検出するトランジット法を用いて,ケプラー宇宙望遠鏡は何百,何千個もの惑星候補を発見した。
 しかし打ち上げから2年たっても周連星惑星は見つからなかった。証拠を見つけられないもどかしさは焦りに変わり始めた。ケプラー計画では毎週電話会議が行われていたが,2011年春の会議で,私たちの1人はこんなブラックジョークをいってみた。「そろそろ周連星惑星が存在しない理由について論文を書いた方がいいんじゃないか?」 みんな黙り込んでしまった。
Our fears were misplaced. Within six months of that conversation we had a press conference to announce the discovery of the first transiting circumbinary planet. This planet was called Kepler-16b. Within months the Kepler Eclipsing Binary Working Group discovered two more circumbinary planets (Kepler-34b and Kepler-35b), showing that while exotic, such systems are not rare. A new class of planet system had been established. The current tally of Kepler circumbinary planets is seven, and that number could double in a short time. In fact, calculations suggest that tens of millions likely exist in the Milky Way.  私たちの不安は杞憂に終わった。先の会話から半年もたたないうちに,私たちは初の周連星惑星によるトランジットの発見を報告する記者会見を開いた。この惑星はケプラー16bと名付けられた。数カ月後,私たちケプラー食連星研究グループはさらに2つの周連星惑星,ケプラー34bとケプラー35bを発見し,周連星系は異色ではあるものの決して希ではないことを示した。こうして,ひとつの新たなタイプの惑星系の存在が確立した。
 現在までにケプラー望遠鏡は合計7個の周連星惑星を発見しているが,遠からずその数は倍増するだろう。事実,天の川銀河だけでも数千万個の周連星惑星が存在するとの試算がある。