自由浮遊惑星

自由浮遊惑星（じゆうふゆうわくせい）あるいは浮遊惑星（ふゆうわくせい、rogue planet）とは、惑星程度の質量であるが、それらが形成された惑星系から弾き出され、恒星や褐色矮星、あるいはその他の天体に重力的に束縛されておらず、銀河を直接公転している天体のことである[1]。

木星サイズの自由浮遊惑星のコンセプトアート（NASAによって作成）

2004年には “S Ori 70” や “Cha 110913-773444”、2021年12月24日には欧州南天天文台 (ESO) が、さそり座とへびつかい座の方向にある星形成領域「へびつかい座ロー (Rho Ophiuchi)」で、木星程度の質量を持つ浮遊惑星を少なくとも70個など、そのような天体の候補がいくつか発見された[2]。2011年までに、名古屋大学、大阪大学などの研究チームがマイクロレンズ法を用いて行った観測によると、銀河系全体の恒星の数の2倍は存在するとみられ、数千億個になると予想されている[3]。

惑星質量天体のいくつかは恒星と同じくガス雲の重力崩壊により形成されたものと考えられており、そのような天体に対して国際天文学連合は準褐色矮星 (sub-brown dwarf) と呼ぶことを提案していた[4]。この種の惑星質量天体について、プラネターという名称も提案されていたが、天文学、惑星科学一般に広く受け入れられてはいない。

恒星間空間の熱

1998年、デビッド・スティーヴンソンは、冷たい恒星間空間を漂う惑星質量天体は、放射熱によって薄い大気を凍らせずに持ちうるということを理論化した[5]。それによれば、圧力に誘発された遠赤外線放射が水素を含む大気によって透過できず、大気が保存されているとした。

惑星系の形成過程において、いくつかの小さな原始惑星が系から弾き出されることはあると考えられている[6]。親星から離れるにつれて紫外線は弱まり、惑星の大気中の大部分を占める水素やヘリウムは、地球程度の大きさの天体の重力によっても容易に閉じ込められる。 1000バールの気圧の水素大気を持つ地球質量程度の天体では、断熱過程の気体の対流が発生し、核に残る放射性同位体の崩壊による地熱が地表を水の融点以上に温めることが計算で示された[5]。このようなことから、恒星間の惑星で液体の水の海を持ったものが存在することが示唆されている。さらにこれらの惑星は長い間活発な地質活動を持ち、生命の誕生に必要な磁気圏や海底火山を持つものも存在すると考えられている[5]。しかし、そのような天体の熱放射は極めて弱く、発見は難しいとされる。

惑星が恒星から弾き出されるシミュレーションの研究により、月質量程度の衛星を持った地球質量程度の惑星の約5 %は、恒星から離れた後も衛星を持ち続けることが示唆された。大きな衛星は大きな潮汐加熱の源となり得る[7]。

プラネターの原始惑星

現在では、褐色矮星 2M1207 の周囲を公転する 2M1207b 等、周囲に塵のディスクを持つ多くの太陽系外惑星が発見されている。もし恒星間の大きな天体のいくつかが準褐色矮星であるとすると、この塵のディスクは原始惑星ということになる。これらの天体を惑星であるとすると、塵のディスクは衛星ということになる。