連星に直交軌道で周回するトリッキーな惑星を発見

褐色矮星の2連星の動きに奇妙な歪み

星はガス雲が自らの重力でつぶれるときに誕生しますが、その雲にわずかなゆがみや渦があると、中心は一つではなく二つに「裂け」ることがあります。

こうして生まれた双子の原始星は、お互いをぐるぐる回りながら成長し、やがて連星となります。

連星の公転がほぼ円なら、周囲のガス円盤は平らに広がって惑星が同じ平面を回りやすいのですが、角運動量が追加で流れ込むと楕円軌道に引き伸ばされます。

楕円になると連星からの重力の凹凸が大きくなり、同じ平面の軌道はコブだらけになって安定を失います。

一方、連星の近日点を指す離心率ベクトルに対して垂直な方向には、時間平均で重力ポテンシャルが滑らかになる“安定ポケット”が生じると数値計算で示されています。

そこへ連星のトルクにあおられ円盤が“起き上がり”、最終的に90°の極軌道で惑星が固定されるのです。

この首振り現象（ノーダル・ライブラション）は、円盤が倒れ込むよりもエネルギー的に有利な逃げ道で、立ち上がったあとは連星面に平行な軌道より長期的に安定することが示されています。

ただしこの安定ポケットにいる惑星は、星の面をかすめることも星を揺さぶることも少なく、光や速度変化では見つかりにくい“重力の忍者”です。

そこで鍵になるのが連星自身の軌道のわずかな歳差運動です。

楕円軌道の方向が時間とともにゆっくり回る様子は、同じ平面にある伴星なら進行方向へ、直交方向にいる伴星なら逆向きへとねじられます。

つまり歳差の“回転方向”を測れば、見えない惑星がどこから連星を引っ張っているかを解読できるわけです。

若い褐色矮星連星2M1510 ABは、質量が太陽の3%しかない小さな双子でありながら離心率0.36の大きな楕円軌道を描いています。

光の弱い褐色矮星で極軌道候補を検証できる環境はめったに手に入りません。

そこで今回研究者たちは、この暗い双子の歳差運動を6年間の高精度ドップラー分光観測で測定し、逆向きのねじれから隠れた極軌道惑星を動的にあぶり出すことにしました。

すると双子が描く楕円ダンスフロア全体が、二人と一緒にゆっくり逆回転している微妙なズレが見つかりました。

時計の秒針がほんのわずか逆走するような不自然さで、普通の物理法則では説明がつきません。

「これは真横からゴムひもを引っぱる“第三のダンサー”がいるはずだ」とにらんだチームは、コンピュータ内に10万通りの仮想ダンサーを放り込み、誰がどの位置で何キロの力で引っぱれば秒針の逆走が起きるかを総当たりで探しました。

残ったのは、地球の10～100倍ほどの重さをもち、双子が回るリングを直角に横切る“十字コース”で躍るダンサーだけでした。

しかもこのダンサー自身は静かに滑っているので、直接の揺れや影はほとんど残さず、連星フロアのねじれ方だけが唯一の目印でした。

こうして「連星も暗い、惑星も横向き」というダブルで珍しい組み合わせが、星のささやき声から初めて姿を現したのです。