バックヤード・ワールド

バックヤード・ワールド（）はNASAが資金提供を行っている、オンライン上のプラットフォームズーニバースで運用されている市民科学プロジェクトのシリーズである。本記事では、一連のプロジェクトの1つ、バックヤード・ワールド：プラネット9（）を中心に記述する。

プロジェクトの目的は新しい褐色矮星と呼ばれる、通常の恒星（主系列星）よりも低質量で暗い天体を発見することであり、その中には太陽系に最も近い恒星になるものも存在しうるほか、仮説上の天体であるプラネット・ナインを検出できる可能性がある。プロジェクトの主任研究者は、NASAのゴダード宇宙センターの天体物理学者、である。

立ち上げ

バックヤード・ワールドプロジェクトは、冥王星発見から87周年となる直前の2017年2月にスタートした。冥王星は2006年に国際天文学連合によって、9番目の惑星から準惑星に分類されていたが、それ以降新たにカイパーベルトの外側の太陽系のはるか遠方にもう1個の惑星、「プラネット・ナイン」が存在するという間接的な「証拠」が指摘されてきた。この仮説上の天体は太陽から遠く離れているので、太陽の可視光線をほとんど反射せず、現在まで行われているほとんどの掃天観測プロジェクトでは検出できないとされている。しかし、メタン凝縮から推定されるこの惑星の大気モデルによっては、NASAの宇宙望遠鏡広視野赤外線探査機(WISE)が撮影した赤外線画像では検出できている可能性があるとされている。

固有運動と視差の影響により、WISEが異なる日に撮影した画像間でプラネット・ナインは異なる動きを見せると考えられている。さらにプラネット・ナインに加えて、見かけの固有運動の大きな近傍の未発見褐色矮星といった他の興味深い天体も、プラネット・ナインを捜索するための画像からは検出できると期待された。

プロジェクト参加手順

ウェブサイトにアクセスした参加者は、チュートリアルをよく読んで理解したうえで、ウェブサイトが提示するunWISE coaddsと呼ばれるWISEが撮影し画像処理をされた、波長3.4ミクロンと4.6ミクロンで撮影された疑似カラー中間赤外線画像を、同じ領域について異なる撮影日のものを並べたパラパラマンガ風の連続画像のショートアニメーションに移動天体が写っているかどうかを分類する。 coadd-unWISE画像は、従来のWISEの画像処理方法よりもより暗い天体を検出できる。この連続画像では画像は差分化されており、ほとんどの静止した天体は除去されるので、移動している天体だけが残って見える。

分類の目的は、連続画像中に動いている光点や、ゆっくりと移動しているため差分画像で双極子形状に写っている光点を見つけることである。参加した市民科学者がそのような天体を見つけたら、分類後に参加者はプロジェクトのGoogleフォーム「Think You've Got One」に、その天体について記入し送信することが推奨されている（フォームに記入しなくても、データセットの分類が完了すれば研究者は分類結果から移動天体を抽出できるが、フォームに記入すればデータセットの分類の完了を待たずに研究者がその天体にアクセスできる）。画像にはやが多く含まれているため、コンピューターによる自動処理でこの分類を行うことは困難であり、このタスクは人間の視覚認識能力をもって行うことが理想的である。さらに、検出能力を向上させるために、Wiseviewと呼ばれるものなどのウェブベースのアニメーション視覚化ツールを自作したボランティアユーザーもいる。

候補天体が見つかると、科学者チームは特に科学的に興味深い天体について、地上望遠鏡（モンメガンティク天文台、ジェミニ天文台、ラスカンパナス天文台、アパッチポイント天文台、NASA赤外線望遠鏡施設）や宇宙望遠鏡（主にスピッツァー宇宙望遠鏡、ハッブル宇宙望遠鏡）で追跡観測を行い、可能であれば性質やスペクトル型を決定する。

このプロジェクトは、2020年までNASAの天体物理学データ解析プログラムの助成から資金を受けている。

2018年の11月にプロジェクトはリニューアルされ、ノイズ低減がされた新しい画像が追加された。 2020年8月までに世界中の10万人以上のボランティアが参加している。

他のズーニバース上のプロジェクト同様、ユーザーはズーニバースへのアカウント登録なしでも分類できるが、ログインすると使用可能な機能が多くあり、さらにアカウントに実名を登録すれば（非公開）論文などでクレジットされる可能性がある。

派生プロジェクト 2023年6月に、同じくズーニバース上に"Backyard Worlds: Cool Neighbors"（日本語版タイトル：俺の隣人がこんなにクールなわけがない）が立ち上げられた。プラネット9のプロジェクトが仮説上の外惑星の発見を目的としていたため、褐色矮星の検出は副産物のようなものであったので、微光の褐色矮星を検出にはあまり理想的ではなかった。そのため、この新しいプロジェクトでは低温のY型褐色矮星まで発見できるよう特化している。この新しいプロジェクトでは、ボランティアに分類してもらう候補天体を選別する際に機械学習を活用している。

2024年9月には、Cool Neighborsと同じチームが同じくズーニバース上にWISEの連続画像を用いたプロジェクト"exoasteroids"（日本語版タイトル：堪える小惑星 Asteroid in alive）が立ち上げられ、これは褐色矮星の捜索ではなく、赤外線で長期変光を示す白色矮星を見つけて、死を迎えた星の周囲に残った小惑星群などから成る残骸円盤を探すことを目的としている。

2026年6月には、連星系をなしている褐色矮星をWISE画像から見つけることを目指すプロジェクト"Backyard Worlds: Binaries"（日本語版タイトル：二ツ星カラーズ）が立ち上げられた。連星系を構成する褐色矮星は軌道パラメーターから物理量の縮退を解くことができ、その物理特性を詳細に決定できる利点がある。

また、プラネット9プロジェクト代表のマーク・クフナーは、WISEやその他の望遠鏡のデータを組み合わせて原始惑星系円盤を持つ恒星を探すディスクディテクティブプロジェクトを、プラネット9プロジェクトに先駆けて2014年からズーニバース上で運用している。

プロジェクトの状況

プラネット・ナインの発見こそ実現していないが、多数の褐色矮星が発見されている。

2017年12月に、7個の新しい褐色矮星の発見が確認され、2個の低温準矮星(cool subdwarf:sdまたはextreme subdwarf:esd)が見つかった。確認された褐色矮星のスペクトル型はT0, T2.8, T5, T6, T6.5, T8（2個）だった。さらに、337個の褐色矮星候補が観測による確認を待っていた。

プロジェクト開始後1周年となる2018年2月までに、17個の褐色矮星と2個の準矮星が発見された。最も低温な天体はT9型に分類され、将来的にY型褐色矮星の発見も実現するという期待がされた。さらに、固有運動を示さない未知のスペクトル型を持つ天体も1個見つかっている。その他に432個の候補が確認を待っており、そのうち38個がY型である可能性がある。

2018年7月にプロジェクトのブログが更新され、スペクトルが確認された褐色矮星が42個となり、さらに879個が確認待ちであるとされた。確認された天体のうち14個は、太陽から20パーセク以内の近傍にあること、確認待ちの候補が879個あることも言及されている。

2019年7月にはフォローアップ待ちの候補は1305個となり、確認された褐色矮星は131個となった。このうち70個がより低温なT型褐色矮星で、残り61個が比較的高温なL型褐色矮星だった。このうち55個が太陽から20パーセク以内の近傍にある。Y型褐色矮星の候補もおよそ100個に到達した。

2020年1月に行われたアメリカ天文学会の総会でプロジェクトについて発表された際、確認待ちの候補はL,T,Y合計で1503個、分光で確認された天体は合計221個と紹介された。

2026年4月には10年間のプロジェクトの集大成とも呼べる論文で、これまでに発見された3000個以上の新たな褐色矮星候補について発表された。この数は既知の褐色矮星の数を倍増させるものであり、論文の共著者75人のうち61人はボランティアユーザーであり、うち2人は10年間の間にボランティアユーザーからプロの天文学者となっている。

公表された発見 WISEA 1101+5400 2017年6月に、バックヤード・ワールドから最初の公式の発見である褐色矮星、WISEA 1101+5400が公表された。スペクトル分類はT5.5、地球からの距離は34パーセク（111光年）である。発見の公表はアストロフィジカルジャーナルレターに掲載された論文で行われ、プロジェクト開始の6日後にボランティアがこの天体に気付いたことで詳細に調べられた天体である。プロジェクト開始から最初の論文出版まで4か月という記録はズーニバースのプロジェクトで最短である。

LSPM J0207+3331

2018年10月にプロジェクトの参加者が、白色矮星LSPM J0207+3331を発見した。これは、星周円盤を持つ白色矮星としては最も古い形成後30億年が経っており、最も低温になっている。この恒星が白色矮星となってから経過した時間は、この種の円盤が失われる予想タイムスケールをはるかに超えている。円盤は異なる温度の2つのリングから構成されている。この天体はケック望遠鏡で詳細に研究され、現在も研究対象となっている。

W2150AB

2020年1月に開催された第235回アメリカ天文学会総会で、プロジェクトによる褐色矮星連星WISE 2150-7520（W2150AB）の発見がにより発表された。この連星はL1型とT8型の共運動系で、2天体の距離は341 天文単位離れており、地上望遠鏡からも容易に分離できる褐色矮星連星としては3例目である。この連星系は、主星がL型矮星以下で若くない褐色矮星連星としては最も低いを持っている。

WISE J0830+2837

同じくアメリカ天文学会第235回総会において、プロジェクトサイエンティストのによって、ボランティアが初めて発見したY型褐色矮星のWISE J0830+2837の発見が発表された。この天体は低温すぎてハッブル宇宙望遠鏡では撮影できなかったが、より長波長の光を観測できるスピッツァー宇宙望遠鏡によって追観測の検出ができた。地球から11.2パーセク(36.5光年)離れた位置にあり、表面温度は350K (77℃)と推定されている。この推定温度はY型矮星の中でも比較的低温で、これまで確認されているY型矮星の大部分と、この種の天体で最も低温であるWISE J085510.83-071442.5の中間ほどに相当する。

T型準矮星 2020年7月にアストロフィジカルジャーナルから出版された論文で、2個の珍しい褐色矮星の発見が報告された。1つはWISEA J041451.67-585456.7でバックヤード・ワールドのボランティアによって発見され、もう1個のWISEA 1810-1010は天体の存在自体はNEOWISE固有運動サーベイで発見されていたが、バックヤード・ワールドの市民科学者によって大きな固有運動を持つことが発見された。

これらの大きな固有運動を持つ天体は現在の典型的な天体へのモデルとは完全に一致しない独特の色と近赤外スペクトルを持つ。このスペクトルに最もよく一致するモデルは[Fe/H] ≤ -1の褐色矮星、つまり太陽よりも、水素やヘリウムより重い元素の含有量（金属量）が極端に少ないことを意味する。スペクトルからの推定では、この天体の鉄の存在比率は典型的な既知の褐色矮星よりも30倍少ないとされている。論文著者らは、この天体のスペクトル特性と、1200～1400K という低い推定温度を考慮すると、この2個の褐色矮星はT型準矮星（esdTs）と呼ばれる天体の初の発見例であると指摘している。この金属量の低さから、天体の形成時にまだ銀河系の環境に重元素がほとんど存在していなかったことが示唆され、天体の年齢はおおよそ100億年と極めて古いと考えられる。これは、過去の天の川銀河が低金属量だった時代から、すでに亜恒星天体が形成可能だったという証拠になる。

Lodieuらの研究ではWISE1810を様々な地上望遠鏡で撮像・分光観測し、この天体の地球からの距離をパーセク、半径を木星半径、質量を木星質量であると測定した。これは、この天体が2022年6月時点で知られる中で、地球から最も近い極超低温準矮星で、かつ最も近い金属欠乏褐色矮星であることを意味する。また、可視光および赤外線スペクトルでは、800Kで予想されるメタンや一酸化炭素の吸収線がなく、WISEでの測光でもメタンが欠乏した組成が示唆されていた。H2 CIAと水蒸気の吸収のみが検出され、これはこの天体が炭素や金属が欠乏した、もしくは酸素が豊富な大気の存在を示唆している。

2024年の研究では新たに3個のT型準矮星が発見されたことで、T型準矮星の新しい分類体系が導入された。このシステムではWISE 1810がesdT3、WISE 0414がesdT6に分類される。また、この研究では奇妙な銀河系内の公転軌道を持つL型・T型矮星も発見された。以前から知られていたL型準矮星とT型準矮星CWISE J113010.07+313944.7はタムノス恒星ストリームと呼ばれる恒星集団の一員である可能性が見つかった。この2個の褐色矮星は銀河系を逆行している。また、CWISE J155349.96+693355.2は銀河系を順行するの一員である可能性が見つかった。そして3個のT型矮星（SDSS J014016.89+015054.1, CWISEP J111055.12-174738.2, CWISEP J145837.91+173450.1）が高い金属量を持ち、高速度のと呼ばれる構造の一員であることが見つかった。この集団は天の川銀河の内側に起源をもち、軌道が散乱され外側に出されたとされている。

スピッツァー望遠鏡で観測された95個の低温褐色矮星

2020年8月にバックヤード・ワールドチームがアストロフィジカルジャーナルにおいて、発見した候補天体のうち特に低温と思われるものをスピッツァー宇宙望遠鏡が運用を停止する前に詳細を追観測した論文が発表された。95天体がスピッツァーによる中間赤外の色観測から低温褐色矮星であることが確認され、75個についてはWISE画像での位置と比較して固有運動が求められた。

発見天体のうち特に顕著な成果として、大きな接線方向の視線速度の推定による3個のT型準矮星の発見、白色矮星LSPM J0055+5948が大きく離れた位置に珍しいT8型天体の伴星を持つことの発見、そして新しい5個のY型矮星の発見がある。Y型矮星のうち4個（既に以前論文出版されていたWISE J0830+2837含む）はスピッツァーの色観測によりY1型より赤いスペクトル型と分かり、この種の最も低温な部類の褐色矮星はこれまで6個しか知られていなかった。また、白色矮星LSPM J0055+5948のT8型の伴星の年齢は70億歳から130億歳と推定され、100億歳以上と推定されている系の褐色矮星と並んで、科学的に知られている最も古い褐色矮星とされた。

共運動系の発見バックヤード・ワールドプロジェクトではさらなる共運動系が発見されている。2022年にはNOIRLabのソースカタログの第2期データリリースから34個の低質量共運動伴星を発見した。

さらに2024年3月には89個の超低温矮星である伴星を発見した。この研究成果により、F,G,K型星の超低温矮星の既知の数が一気に42%増加した。こうしたベンチマークとなる天体系には、白色矮星を主星とする六重連星系、連星系同士がさらに連星になっていたり、伴星が連星になっている階層構造を持つ系、年齢の若いものや年老いたもの、赤や青のスペクトル型を持つもの、1000 au 以上離れた連星系などが含まれる。

若い共運動系の1つとしてグリーゼ900があり、K7,M4,M6型の三重連星系に、惑星質量天体（~10.5木星質量）であるT9型天体CW2335+0142（グリーゼ900b）が付随している。もう1つの注目される系はCW0627−0028ABであり、これは離角の大きな青色T0+T3型矮星、またはL5型+T2.5型天体とT3型矮星からなる三重連星系の可能性がある。地球からの推定距離が正しいことが確認されれば、この天体は既知の準恒星連星で最も互いの距離が離れた（860 au）連星系となる。

そのほか白色矮星WD J060159.98-462534.40の伴星である褐色矮星CWISE J060202.17-462447.8（~52木星質量）は年齢が億年と、最も古い褐色矮星の新たな候補となっている。

2024年4月にはCatWISEチームとの共同研究で新たにM型+T型からなる共運動系を13個発見し、これはこの種の既知の天体数を60%増加させた。この中には若い天体から年老いた天体、惑星質量の伴星候補2MASS J05581644-4501559Bや、7100auも離れた位置を公転する褐色矮星伴星UCAC3 52–1038 Bなどが含まれている。

のちにUCAC3 52–1038 Bはやや金属欠乏気味の古い褐色矮星であることが分かった。

2024年12月にはバックヤード・ワールドチームは白色矮星と共運動する51個の超低温矮星のリストを論文出版し、この中にはバックヤード・ワールドの市民科学者が発見したものも含まれている。

2025年2月には白色矮星を公転する褐色矮星候補を10個追観測した成果が出版された。このうち7個は褐色矮星である伴星、1個は褐色矮星の連星、1個は恒星である伴星であると分かり、1個はスペクトルの混合のため確定できなかった。

Cool Neighborsからの発見 2025年に、Cool Neighborsで発見された最初の固有運動の大きな天体で早期L型から晩期M型と推定されるCWISE J133605.65+505330.9について報告された。

同年9月にはさらに11個の固有運動の大きな、スペクトル型がM1からL8に及ぶ低質量星・褐色矮星候補について発見が報告された。

その他の発見以下のリストには、バックヤード・ワールド・プラネットナインプロジェクトからの主な発見天体を掲載している。

天体名距離 (光年) スペクトル分類質量() 表面温度K (℃) その他注釈出典WISEA 1930−2059>Y1 (94)低温な近傍のY型褐色矮星候補WISEU 0503−5648>Y1 (94)ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡でのフォローアップ観測対象CWISE J2035–4936M8pec赤色矮星の伴星で、低輝度で特徴的なスペクトルを持つ2MASS J13173072+4833343M8.5白色矮星から79au 離れた位置を公転する。白色矮星の年齢は55億年と推定されている。CWISE 0738−6643esd(?)T5±1.2T型準矮星(esd)候補CW2335+0142(グリーゼ900 b)67.97T910.5主星（おそらく三重連星）を、12000au 離れた極めて長周期の軌道で公転するWISEA 1553+6933sdT4±0.5 (803)T型準矮星と確認されており、運動学的に極端な特徴を持つ可能性があるCWISE2217−1454esd(?)T5.5±1.2T型準矮星の候補で、微弱なからでの強い衝突吸収の観測より、最も金属が欠乏したT型矮星である可能性がある。WISE 1534-1043sdY?<500 (<227)最初の発見されたY型の準矮星と思われる天体で、スピッツァー望遠鏡のch1-ch2での色指数はとても青いが、Jバンド-ch2は非常に赤い。りゅう座HP星C471.3±31.47087±205 (6814)食連星であるりゅう座HP星から1140au 離れた白色矮星ロス19 B56.9T9.5±1.515 - 40 (227)金属量の少なく古い（~72億歳）赤色矮星ロス19の周囲を、射影距離で9900au 離れた位置で公転している。このペアの重力結合エネルギーは非常に小さく、からエルグで、準矮星連星の重力結合エネルギーの理論最小値 1040 に近い。CWISE 0617+1945 ABL2+L4 (1580)バックヤード・ワールドのボランティアが共同発見者である近傍の褐色矮星連星2MASS J22410186-4500298L2LEHPM 5005と共運動系を形成しており、この天体はM型矮星の連星である可能性が発見論文で報告されている。BD+60 1417bL8γ10-20惑星質量であるため、若いK0型星を射影距離1662au で公転する太陽系外惑星として確認された。CWISE J052306.42-015355.4≤222esdT(?)T型準矮星候補CWISE J0146-0508AB~130L4+L8(青色); ; 2022年2月時点で、星団やアソシエーションに属さない褐色矮星連星としては最大の公転距離を持ち、射影距離で129auである。CWISE J0506+0738104L8γ-T0γ7 ± 21140 ± 80の一員である候補で、近赤外で非常に赤い。W0727−3607111L7+T4分光連星か、変光量の大きな単独の変光星W1036−514488L7+T4分光連星の候補W1344−732065L7+T7分光連星の候補CWISE J1055+544319.5-26Y0pec4–6500±150スピッツァー望遠鏡で青い色を示す、分光学的に確認されたY型矮星。バックヤード・ワールドチームとCatWiseチームに属する市民科学者Dan Caseldenと、バックヤード・ワールドチームの市民科学者Samuel J. Goodman、CatWISEチームの天文学者が発見した。CWISE J1249+3621sdL83–88低質量な高速度星で、発見当初は秒速600kmで移動しているとされていた。現在は秒速456kmと推定されている。CWISE J1848−875729young L?CatWISEチームが発見したが、バックヤード・ワールドの市民科学者2名も独立して発見していた。Jバンド-W2では赤い、若いL型矮星の可能性がある。UPM J1040-3551 A+Ba+Bb82M4+T7+T8246 + (11.5–34.6) + (9.4–28.3)3200 ±50 (UPM J1040-3551A)若いT型矮星だが、若いM型矮星の周りを公転している、空間分解できない分光連星の可能性もあり。その場合軽いほうの天体は惑星質量になる可能性がある。

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