TOI-1338 b（TOI-1338 (AB) b、BEBOP-1b、EBLM J0608-59 b等とも呼称される）とは、地球からがか座の方向に約 離れた位置に存在する連星系であるTOI-1338の周囲を公転する土星サイズの太陽系外惑星である。TOI-1338の惑星系の中で最も内側に位置する惑星で、TOI-1338系の重心からの平均距離は 、公転周期は約95日である。平均表面温度は である。地球から見ると、TOI-1338 bは主星の前を通過し、主星の光の一部を遮るため、望遠鏡によるトランジット法での観測が可能である。
TOI-1338 bは、2018年にTESSによって初めて検出され、2019年にNASAのインターン生である10代のWolf Cukierによって特定された。TOI-1338 bは、TESSによる観測で発見された最初の周連星惑星である。観測によると、TOI-1338 bは土星に近い半径を持ち、天王星よりも質量が小さいため、密度は約 と非常に低いことが判明している。この密度の低さから、TOI-1338 bはスーパーパフと呼ばれるタイプの太陽系外惑星に分類される。スーパーパフとは、小さな核が大量のガスに囲まれていると考えられている惑星である。組成は不明であるが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は2026年9月にTOI-1338 bの観測を予定しており、この観測で大気の組成が明らかになる予定である。
発見 TOI-1338 bは、2018年から始まったTOI-1338の観測中に、TESSによって初めて観測された。TESSは、惑星が恒星の前を横切るたびに恒星の明るさが一時的に低下する現象（トランジット）を捉えて太陽系外惑星を発見する観測を行っている。主星であるTOI-1338は地球から見たときに周期的に食を起こす2つの恒星からなる食連星系である。そのため、TOI-1338の2つの恒星同士の食によって惑星のトランジットが隠されてしまうことが多く、さらにTOI-1338の軌道運動によって惑星のトランジットの発生と継続時間が不規則になる。当時、こうした隠れた惑星のトランジットを発見することはコンピュータアルゴリズムでは困難であったため、TESSのデータを天文学者らが目視で確認する必要があった。
当時ニューヨーク州に所在するスカースデイル高等学校に通学していた17歳のWolf Cukierは、2019年にNASAのゴダード宇宙飛行センターに夏季インターンとして参加し、指導者のRavi KopparapuとVeselin Kostovの下で働いていた。Cukierの任務は、オンライン市民科学プロジェクトであるプラネットハンターズ:TESSのボランティアが報告したTESSデータの中から、周連星惑星のトランジットを発見することであった。インターン3日目、TOI-1338のTESSによる観測データを目視で調査していたCukierは、恒星の食とは一致しない未知のトランジットを発見した。Cukierはこのトランジットが惑星によって引き起こされたものであると疑い、Kostovにその発見を報告した。Kostovは天文学者のJeremy Orosz、Adina Feinstein、Bill Welshの協力を得て、それを確認した。TESSの観測データからは、この惑星による追加のトランジットが発見され、ラ・シヤ天文台による過去のドップラー分光法を用いた観測データからは、この惑星が恒星に及ぼす重力の影響が検出された。
現在TOI-1338 bとして知られているこの惑星の発見は、2020年1月6日にハワイ州のホノルルで開催された第235回アメリカ天文学会で発表され、TESSによる観測データから発見された最初の周連星惑星となった。Cukier、彼の指導者、及び複数の共同研究者らは、この発見を記述した論文を共著し、2020年5月に『アストロノミカルジャーナル』誌に掲載された。
名称 サムネイル|NASAが作成したTOI-1338 bの想像図。パステルカラーの巨大ガス惑星として描かれている。ソフィーのファンは、この想像図を『』のジャケットアートに例えている。 TOI-1338 bの名称は、主星の名称（TOI-1338）の後に小文字のアルファベットを付けるという太陽系外惑星の命名規則に従っている。TOI-1338系の周囲を公転する最初の惑星として発見されたため、TOI-1338 bと命名された。「TOI」は「TESS Object of Interest」の略で、TESSが惑星のトランジットを確認した際に、その星系に体系的に付けられる。天文学者らは、TOI-1338系を観測したBinaries Escorted By Orbiting Planets（BEBOP）及びEclipsing Binary, Low Mass（EBLM）掃天観測にちなんで、TOI-1338 bをBEBOP-1b及びEBLM J0608-59 bとも呼称している。また、TOI-1338 bはTOI-1338 AとTOI-1338 Bの2つの恒星の周囲を公転している周連星惑星であるため、TOI-1338 (AB) bと呼称されることもある。
2020年1月にNPRとBBCのインタビューに応じた際、Cukierは、兄弟や家族からTOI-1338 bを「Wolftopia」と命名することを提案されたと述べた。しかし、Brilliant Star Magazineの別のインタビューでは、Cukierはその名称があまり好きではないと述べ、「ただのWolf + Cityだ」とコメントした。以前、BBCに対してはTOI-1338 bの名称をTOI-1338 bのままにしておくことに満足していると述べていた。
「SOPHIE」への改名請願 2021年2月、Christian Arroyoは、亡くなったスコットランド人のミュージシャンであるソフィーを偲んで、NASAにTOI-1338 bを「SOPHIE」と命名するように求める請願をChange.orgで開始した。命名対象にTOI-1338 bが選定されたのは、ソフィーのファンがNASAが作成したTOI-1338 bの想像図がソフィーのアルバム『』のジャケットアートに似ていると指摘したためである。この請願は9万5000以上の署名を集め、チャーリー・XCXやも支持した。TOI-1338 bの改名は実現しなかったものの、国際天文学連合は2021年6月、小惑星であるに「Sophiexeon」という名称が正式に与えられたと発表された。
主星と位置
サムネイル|2014年にスカイマッパーが撮影したTOI-1338（中央） TOI-1338 bの主星であるTOI-1338は、大型の黄白色のF型主系列星であるTOI-1338 Aと、小型の赤色矮星（M型）であるTOI-1338 Bからなる連星系である。連星系のうち、TOI-1338 Aは、太陽よりも高温（温度 6030 K）、高輝度（光度 2.1 L☉）、大型（半径 1.32 R☉、質量 1.13 M☉）である。もう一方のTOI-1338 Bは、太陽よりも低温（温度 3300 K）、低輝度（高度 0.009 L☉）、小型（半径 0.31 R☉、質量 0.31 M☉）である。TOI-1338（またはBEBOP-1、EBLM J0608-59）として知られるこの2つの恒星は、14.6日ごとに互いの周囲を公転しており、平均約 の距離で互いに離れている。
TOI-1338系には、TOI-1338 bとTOI-1338 cという2つの周連星惑星が存在することが知られている。TOI-1338とその惑星系は、南天の星座であるがか座に位置しており、地球から約 の距離にある。地球から見ると、TOI-1338の見かけの等級は11.7で、肉眼や小型望遠鏡では観測できないほど暗い天体である。
特性 軌道 TOI-1338 bは周連星惑星であり、2つの恒星の周囲を公転している。そのため、スター・ウォーズに登場する架空の周連星惑星であるタトゥイーンによく例えられる。TOI-1338 bはTOI-1338系の中で最も内側に位置する惑星で、連星系の共通重心から 離れた距離を約95日の公転周期で公転している。その軌道はほぼ円形で、主星とほぼ同一平面上にある。具体的には、軌道離心率は約0.03、主星の連星軌道面に対する傾斜角は約0.1°である。ほぼ同一平面上の軌道であるため、TOI-1338 bからは互いに公転する主星同士の定期的な食を観測することができる。
2つの恒星の軌道運動により、恒星は周期的にTOI-1338 bを引っ張り、その周連星軌道を乱し、数十年かけて歳差運動を引き起こす。2020年の計算によると、TOI-1338 bの軌道は、約23年の周期で近点歳差運動、約21.4年の周期で交点歳差運動を示す。また、TOI-1338 bは主星にも重力の影響を及ぼしており、連星軌道を年間14.56秒角（周期に換算すると89,000年）の割合で近点歳差運動させている。TOI-1338 bは主星からの摂動を受けているにもかかわらず、シミュレーションによると、TOI-1338 bとその隣の惑星であるTOI-1338 cはほぼ円形で同一平面上の軌道を描いており、TOI-1338 bは主星から十分に離れた軌道（重心から0.36 au以内の力学的不安定領域の外）を公転しているため、少なくとも1000万年間は安定していることが示されている。
トランジット 空では、TOI-1338 bとその主星の軌道は地球からの視線とほぼ平行（軌道傾斜角がほぼ90°）に揃っているため、食やトランジットが起こる。TOI-1338 bのほぼ同一平面上の軌道は、歳差運動をしているにもかかわらず、地球から見ると常にTOI-1338 Aの前面を横切ることを保証する。一方、TOI-1338 bの軌道傾斜角は十分に大きいため、歳差運動の期間中にTOI-1338 Bの前面を横切ることは滅多にない。主星の軌道運動が原因でTOI-1338 bのトランジットは不規則で、93 - 95日ごとに発生しており、持続期間は6 - 13時間である。TOI-1338 bがTOI-1338 Aの前面を横切ると、星系全体の光度の最大0.3%を遮る。一方、TOI-1338 bがより小さなTOI-1338 Bの前面を横切る場合、TESSでは検出できないほど微弱である。
物理的特性 サムネイル|TOI-1338 b（中央）と地球及び木星の大きさ比較 TOI-1338 bの物理的な外観は、地球から遠すぎて探査や詳細な画像撮影が不可能なため不明である。しかしながら、TOI-1338 bの物理的特性は、トランジットと主星への重力の影響から推測することができる。2024年に公表されたデータでは、TOI-1338 bの半径は地球の 倍 と推定されており、土星と同程度の大きさのガス惑星である可能性が最も高い（土星の半径の81%）。2024年のドップラー分光法による観測で得られたデータによると、TOI-1338 bの質量は地球の 倍（太陽系で最も質量の小さい巨大惑星である天王星の質量の約 ）である。
TOI-1338 bは半径は大きいが質量は小さいため、平均密度は と極めて低く、太陽系で最も密度の低い惑星である土星（）よりもはるかに低い。TOI-1338 bの密度の低さから、TOI-1338 bはスーパーパフと呼称される大きなガス層に囲まれた小さな核を持つと考えられているタイプの太陽系外惑星に分類されると考えられている。スーパーパフは、ケプラー47のような連星系の周囲で以前にも観測されており、他のスーパーパフと同様に、TOI-1338 bのガス層は惑星全体の質量の50%以上を占めると推定されている。
TOI-1338 bは主星に最も近い位置を公転している惑星であるため、平均平衡温度は と高い。2つの恒星の軌道運動により、惑星の平衡温度は から の間で変動する。Cukierによると、TOI-1338 bは高温の惑星であるため、地球外生命が存在する可能性は低いとのことである。
TOI-1338 bの組成は、透過光分光法による研究がまだ行われていないため不明である。天文学者らは、TOI-1338 bのようなスーパーパフは、もやのかかった大気か環を持っている可能性があると推測してきた。TOI-1338 bの大気組成を決定できるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、2026年9月24日と25日（世界時）にTOI-1338 bのトランジットを初めて分光観測する予定である。この観測が成功すれば、連星系の周囲を公転する太陽系外惑星の大気を初めて特徴づけることになるであろう。
起源 2024年時点の研究では、TOI-1338系の年齢は 60 ± 3 億年 と推定されており、これは太陽系よりも古い。TOI-1338系の惑星と恒星の同一平面上の軌道は、単一の平坦な原始惑星系円盤から形成されたことを示唆している。2023年にGavin Colemanと共同研究者らが行ったシミュレーションでは、原始惑星系円盤の乱流（または粘度）と紫外線照射のレベルが低い場合、TOI-1338に類似した周連星惑星系が1000万年以内に形成される可能性があることが示された。これらの条件は、時間の経過とともに原始惑星系物質の減少を抑えるため、周連星惑星が巨大ガス惑星に成長するための時間と物質をより多く得ることができる。
TOI-1338 bは現在の位置で形成された可能性は低い。シミュレーションによると、連星系の周囲を公転する惑星は原始惑星系円盤との相互作用によって主星に接近していくことが示されている。また、シミュレーションでは、連星系の周囲を公転する惑星は、主星の周囲の力学的不安定領域に接近するとさらなる内側への移動が止まることも示されている。この領域では、主星やその領域内に捕らえられた惑星によって、原始惑星系円盤の中心部に空洞が形成される。実際、TOI-1338 bを含む様々な連星系の周囲を公転する太陽系外惑星が主星の力学的不安定領域の近くを公転していることが観測されており、これはこれらのシミュレーションを裏付けている。TOI-1338 bの密度の低さと、おそらくガスが主成分である組成は、原始惑星系円盤の温度と不透明度がガスの降着を開始するのに十分な低さであったため、もともと主星からさらに離れた場所で形成されたという仮説をさらに裏付けている。
脚注
注釈
出典
関連項目 TOI-1338 c - TOI-1338系で知られている2番目の惑星 ケプラー16b - 初めて発見された恒星同士の連星を主星とする周連星惑星 ケプラー47 - TOI-1338 bのような低密度の周連星惑星を3つ持つ食連星系 2020年に発見された太陽系外惑星の一覧
外部リンク
記事 TOI-1338: TESS' First Transiting Circumbinary Planet - wolfcukier.com Discovery of TESS Mission's First Circumbinary Planet - Centauri Dreams
データベース Planet Hunters TESS Subject 31326051 - Discovery of TOI-1338 b - ズーニバース TOI-1338 Overview - NASA Exoplanet Archive TOI-1338 b - Eyes on Exoplanets Planet TOI-1338 (AB)b - 太陽系外惑星エンサイクロペディア