若い恒星が地球型惑星を捕食する現場を初観測、リチウムが暴いた「共食い」の証拠

キール大学の天体物理学者ロビン・ジェフリーズ教授率いる研究チームが、若い赤色矮星（M型矮星）が自らの地球型惑星を飲み込んでいることを示す、直接的な化学証拠を初めて突き止めました。2026年5月に『王立天文学会月報（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）』で発表されたこの研究は、数十年来の論争に決着をつけるとともに、惑星系形成初期の激動の時代を調査するための新たな科学捜査ツールを提供するものです 。

研究チームは、ガイア計画の一環であるESO分光サーベイ（Gaia-ESO Spectroscopic Survey）のデータを用いて、3つの散開星団（NGC 2451a、Blanco 1、NGC 2516）に属する年齢5000万～2億年の何千もの星を分析。その結果、同じ星団の兄弟星と比較して、一つだけ特異な特徴を持つ6つの「早期M型矮星」を特定しました。それは、本来枯渇しているはずのリチウムを豊富に含んでいたことです 。

リチウムが暴く「犯行の証拠」

この検出方法は、恒星物理学の基本法則を巧みに利用したものです。リチウムは壊れやすい元素で、恒星内部の高温で容易に燃焼してしまいます。若いM型矮星は、表面温度こそ低いものの、内部は5000万年以内に誕生時のリチウムをほぼ全て破壊してしまうほどの高温になります。調査対象の星団の年齢に達した正常なM型矮星であれば、事実上リチウムはゼロになっているはずなのです 。

しかし惑星は違います。原始惑星系円盤の中で形成される岩石天体は、リチウムを燃焼させるほどの高温に達しないため、誕生時に持っていたリチウムをそのまま保持しています。恒星がこのような惑星を飲み込むと、新鮮なリチウムが恒星の外層対流層に流れ込みます。この領域の温度はリチウムを急速に破壊するには低すぎるため、恒星に一時的ですが観測可能なリチウムの異常増加が現れます。これこそが、最近に惑星捕食が起きたことを示す「化学的な決定的証拠」なのです 。

ジェフリーズ教授のチームは、リチウム過剰を示す6つの異常星が、明るさ、位置、運動のいずれにおいても、星団内の他の兄弟星と見分けがつかないことを確認しました。測定されたリチウム量は、各星が地球質量の3～10倍にも及ぶ、揮発性物質に富んだ岩石惑星物質（地球型惑星1個分か、それに相当する原始惑星コア）を飲み込んだことを示しています 。

普遍的だった惑星の破局

この惑星破壊は、決して珍しい偶然ではありません。リチウム過剰の6星は、調査した散開星団内の表面温度が3,560Kから4,045Kの早期M型矮星のうち、約2～3%を占めていました 。これは、惑星系が誕生してから最初の1～2億年の混沌とした安定期において、地球質量の惑星を飲み込む現象が、その形成過程における比較的一般的な一幕であることを示唆しています。

続いていた破壊のライフサイクル：誕生から巨星まで

今回の若いM型矮星による発見は、恒星の生涯全体にわたる惑星捕食の、より大きな全体像に位置づけられます。これを補完するものとして、2025～26年にユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（UCL）とウォーリック大学の天文学者らが、NASAのTESS宇宙望遠鏡を使い、約50万個もの恒星を調査しました 。その結果、年老いて膨張した赤色巨星の周囲では、近接軌道を周回する巨大ガス惑星が著しく少ないことを発見したのです。論文の筆頭著者であるエドワード・ブライアント博士によると、この明確な解釈は、恒星が巨星へと膨らむ過程で潮汐力が内側の惑星を引きずり込み、赤色巨星段階の前かその最中に破壊してしまうというものです 。

この二つの証拠を合わせると、惑星破壊の連続的なライフサイクルが明らかになります。初期段階では、若いM型矮星が系形成時の力学的な混沌の中で、岩石質の地球型惑星を捕食する。そして数十億年後には、太陽のような恒星が赤色巨星へと膨張する過程で、自らの巨大ガス惑星を飲み込んでいるのです 。

惑星進化論に与える新たな制約

今回の発見がもたらす意味は、単一の発見にとどまりません。第一に、リチウム過剰を用いる手法は、これまで理論上の存在でしかなかった特定の惑星捕食現象を検出する、信頼できる「化学的な決定的証拠」を天文学者に与えました 。第二に、形成初期の段階で2～3%という発生率は、これらの壊滅的現象が統計的に有意であることを意味し、惑星形成のモデルは、最初の2億年の間に地球質量の3～10倍もの物質が日常的に失われることを説明しなければなりません 。第三に、赤色巨星の証拠と組み合わせることで、惑星捕食は形成初期か終末期だけの異例の現象ではなく、宇宙の時間スケール全体を通じて、惑星系の構造を形成し続ける継続的なプロセスとして立ち現れてきたのです 。

惑星系がどのように形成され進化するかについてのあらゆる成功したモデルは、今後、なぜ誕生したばかりの惑星系の数パーセントが、内側の岩石惑星を恒星に奪われるのか、そしてなぜ近接軌道を回る巨大ガス惑星の大半が、主星の赤色巨星への移行を生き延びられないのかを説明しなければなりません。6つの若い恒星の中に残されたリチウムが、その壮大な物語を解き明かす、明瞭で観測可能な出発点を私たちに与えてくれたのです。