「ピンクの惑星」GJ 504bの塩の雲と重たい正体—ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が明かした冷たい系外惑星の新たな姿

2013年に発見されて以来、GJ 504bはその特徴的な暗いマゼンタ色から「ピンクの惑星」の愛称で天文学者たちを魅了してきました。直接撮像された系外惑星としては最も低温の部類に入る天体でしたが、その暗さゆえに地球からの詳細な観測は不可能でした。そこに、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が登場。その大気を詳しく調べた結果、想像をはるかに超える奇妙な世界、すなわち雲が塩でできている惑星の姿が浮かび上がってきました。

豊かで異質な大気組成

JWSTはNIRSpecとMIRIという2つの観測装置を用いて、GJ 504bの近赤外線から中間赤外線にわたる初の直接スペクトルを取得しました 。そのデータからは、水蒸気（H₂O）、一酸化炭素（CO）、メタン（CH₄）、二酸化炭素（CO₂）、アンモニア（NH₃）、硫化水素（H₂S）に加え、同位体の一種である¹³COやC¹⁸Oといった、驚くほど豊富な分子群が検出されました 。

特に重要な発見の一つがアンモニア（NH₃）の検出です。Mâlinら（2025年）の研究では、JWSTのMIRIコロナグラフ測光を用いて、惑星質量連星の大気中からアンモニアが12.5σという高い信頼度で初めて明確に検出されたと報告されています 。この精度の高いアンモニア測定は、冷たい惑星における窒素化学に新たな扉を開き、惑星の形成条件を探る重要な手がかりとなると期待されています 。

この恒星系の年齢は約1億6000万～2億5000万年と推定されており、GJ 504bは比較的若い世界であることがわかっています 。

大気中の塩の雲という驚き

JWSTのデータからもたらされた最大の驚きは、GJ 504bの大気中に塩の雲が存在することの発見でした。より高温の系外惑星で見られるケイ酸塩の雲とは異なり、ここでの雲は硫化カリウム（KCl）や硫化亜鉛（ZnS）などの硫化物や金属塩で構成されています 。

このような特殊な雲の種類が直接撮像された惑星質量天体で確認されたのは、今回が初めてです。これらの塩は、この世界の低温（約550K）でヘイズ層を形成しており、この温度帯の木星型大気ではケイ酸塩の塵ではなくアルカリ塩の凝縮雲が形成されるという理論モデルを実証するものとなりました 。

この発見は、2026年6月にノースウェスタン大学の研究チームによって報告され、低温天体の大気中に塩の雲が存在することを示す初の直接的な証拠の一部となりました 。

惑星と褐色矮星の境界にある重い天体

JWSTのデータは、GJ 504bの質量も大幅に上方修正しました。従来は木星質量の約4倍と推定されていましたが、現在では約20～28木星質量（最良推定値は約25 M_J）と考えられています 。

この値は重水素の核融合が起こる境界付近に位置しており、惑星と褐色矮星（「失敗した星」）の境界線を曖昧なものにしています。そのため、天文学者たちはGJ 504bを「惑星」ではなく「惑星質量連星」と呼ぶことがよくあります 。質量が大きいことで、GJ 504bは惑星と褐色矮星の境界がどこにあるのか、またその限界付近の天体がどのように形成され冷却されるのかを理解する上で、極めて重要なテスト天体となっています 。

冷たい系外惑星研究の新たな基準点

JWST以前、直接撮像された系外惑星に関する我々の理解は、温度が800Kから1800Kの高温の若い木星型惑星にほぼ限られていました。大気温度が約550KのGJ 504bは、スペクトルが取得された直接撮像系外惑星としては最も低温であり、これらの高温の世界と、我々の太陽系の冷たい木星（約130K）との間をつなぐユニークな橋渡し役を果たします 。

塩の雲とアンモニアを含む複雑な化学組成の発見により、GJ 504bはかすかなピンク色の点から、その性質がよく特徴づけられた基準点へと変貌を遂げました。この観測結果は、低温における雲の物理学、窒素化学、そしてガス巨大惑星大気の進化に関するモデルを検証することを可能にし、冷たい直接撮像惑星の理解に向けた新たな拠り所となっています 。