すばる /ＨＤＳによる系外惑星 HD209458bの精密分光観測 東京大学大学院 理学系研究科 成田憲保 共同研究者 Joshua N. Winn （Harvard-Smithsonian Center） 須藤靖 （東京大学） Brenda L. Frye, Edwin L. Turner (Princeton Univ.) 山田亨、青木和光、佐藤文衛（国立天文台） 日本天文学会 2004年春季年会
3.5日周期のRadial Velocityの時間変化により発見された後、 Transit(惑星の食による減光)が初めて確認された系外惑星 Introduction HD209458b 3.5日周期のRadial Velocityの時間変化により発見された後、 Transit(惑星の食による減光)が初めて確認された系外惑星 Mazeh et al., Henry et al. 1999 Brown et al., Charbonneau et al. 2000 主星からの光が惑星の大気を通過 惑星中の元素による余分な吸収 惑星大気の元素組成を知ることができる Transmission spectroscopy
Introduction HＳＴ observation 2002年 中性ＮａのＤ線で微小な吸収量の増加が報告された 2003年 中性水素のＬｙ α線で非常に大きな吸収量の増加 2004年 中性酸素と炭素イオンでも同様の吸収量の増加 Charbonneau et al. 2002 Vidal-Madjar et al. 2003 Vidal-Madjar et al. 2004 http://www2.iap.fr/exoplanetes/images_hd209458.html
Motivation × ノイズや天候による精度の不安定性 ○ 高い波長分解能 ○ 広い波長領域で複数の吸収線を同時に観測できる ＨＳＴだけで検出されているこの惑星大気の存在を すばる（地上から）の観測でも検出することはできないか？ すばる望遠鏡の特長（ｖｓ HST） × ノイズや天候による精度の不安定性 ○ 高い波長分解能 ○ 広い波長領域で複数の吸収線を同時に観測できる 系外惑星の大気を地上で調べる初めての試み
Subaru HDS observation 2002年10月の2晩の観測で 合計72フレームのデータを取得 観測設定 観測波長領域 4100～6800 Å 波長分解能 45000 SN / ピクセル ～150 公転周期3.5日 観測phase
total fluxをテンプレートに合うよう較正 余分な吸収があれば、引き算した結果にresidualが残る Analysis method 取得したTransit外のフレームを 足し合わせたテンプレートを作成 時系列ごとにそれぞれのフレームの total fluxをテンプレートに合うよう較正 余分な吸収があれば、引き算した結果にresidualが残る
Transitを含む日のresidualを Result テンプレート 時刻 地球大気の吸収 １目盛は１％のfraction Transitを含む日のresidualを 時系列で並べたもの 2 hour 時刻 緑：中性水素（Hα） 青：短波長側 赤：長波長側 の３つの領域で積分してプロット σ＜ 0.1％の精度でTransit中に 有意な吸収量の増加は見られない
Discussion 今回の観測結果 中性水素 Hαでの吸収量の増加の上限は0.1％未満 中性水素 Lyαで15％の吸収量の増加 → もしLTEだと仮定すると、水素の準位のボルツマン分布と Hαがoptically thickである条件より、上限として T＜12000 K Winn et al. 2004 中性水素 Lyαで15％の吸収量の増加 → 惑星から大量の大気が漏れ出している → 大気モデルを仮定すると、下限として T＞8000 K Vidal-Madjar et al. 2003 Vidal-Madjar et al. 2004 Optically thick=強い吸収線 Vidal-Madjarらの大気モデルに制限をつけることができた
Conclusions さらなる追試と議論が必要 今回の観測結果の意義 惑星大気の検出には至らなかったが、 ＨＳＴから独立した地上からの初の観測結果として、 モデルに制限をつけることで議論に一石を投じることができた どの大気モデルが正しいのか、あるいは本当に漏れ出しが 起こっているのかなどの議論はまだ決着がついていない さらなる追試と議論が必要