(FMOS戦略枠観測で余ったファイバーによる) M型星まわりのトランジット地球型惑星探し 成田 憲保 (国立天文台/ハワイ大学)

内容 トランジットの紹介 M型星を選ぶ理由 提案内容 必要要件 解析方法

トランジットを探す方法 太陽系でのトランジット 太陽系外では 惑星が恒星の前を通る際の減光を探す 少し暗くなる 2006年11月9日　「ひので」撮影 水星のトランジット 惑星が恒星の前を通る際の減光を探す

トランジットの諸性質 ～ Rs/a ～ (Rp/Rs)２ ～ Rs P/a π トランジットをする確率： トランジットの減光率： 主星の半径： 惑星の半径： 地球の方向 惑星の軌道長半径： 惑星の公転周期： トランジットをする確率： トランジットの減光率： トランジットの継続時間： ～ Rs/a ～ (Rp/Rs)２ ～ Rs P/a π

cf. M6型星の場合 Rs ～ 0.1 Rsun ～ 0.0005 AU Rpを地球サイズに仮定すると ～ 0.01 Rsun ハビタブルゾーンの場合 a～0.005 AU、 P～10 hr トランジット確率： Rs/a ～ 10% トランジット減光率： (Rp/Rs)2 ～ 1% トランジット継続時間： Rs P / a π ～ 20 min

なぜM型星でトランジットを狙うか？ 主星が小さいので、地球型惑星でも～1%程度の減光を起こす(太陽型星では木星型惑星の減光量) ハビタブルな惑星(主星近傍にある)がトランジットをする幾何学的確率が高い 公転周期が短くトランジットが繰り返し観測できる トランジット惑星に対してはさまざまな追観測のサイエンスがある 特に惑星の大気の分光観測を行うことができ、そのシグナルは主星が小さい方が好ましい TMT・SPICA時代に最もあると望ましいターゲット

提案したいサイエンス FMOS戦略枠の観測期間に長期間同じ視野(天体)を観測する場合に、余ったファイバーをM型星に割り当てて、トランジットをする地球型惑星探しをしたい ハビタブルゾーンにある地球型惑星がトランジットをする幾何学的確率(=惑星があった場合の確率) M4型星　～1% M6型星　～10% (ハビタブルゾーン:～0.005AU) トランジット確率の高い～M6型の晩期星に絞って、余ったファイバーを割り当てていただきたい J, Hで12-15等級のM6型星が主なターゲット(<100pc)

トランジット探しに必要なこと 測光精度：～0.3%以下(J, Hバンド全体ごとに) 時間分解能：できれば10分以下 複数回のトランジット検出(同じ天体を5-10夜程度以上) その後の測光フォローアップと視線速度フォローアップ 候補が見つかった場合には、OAO/ISLE、miniTAO/ANIR、UHの望遠鏡などに高精度測光フォローアップを提案したい 主星が軽いため低質量の惑星でも主星におよぼす視線速度のシグナルは大きい(数m/s以上) しかし可視では暗すぎるので、現在の装置では視線速度フォローアップができない。すばるの将来装置である赤外ドップラー観測装置ならフォローアップ可能

想定している解析方法 ダーク、フラット、非線形性補正、スカイなどを処理 検出器の非線形性補正については、IRTF/SpeXに実装されている Vacca et al. (2004) のような補正があるとよい Simultaneous reference spectro-photometry 多天体分光器で参照星とターゲット星を同時に分光観測し、相対測光を行う新しい観測手法 GJ1214bというM型星まわりのトランジット地球型惑星を観測した例が2010年12月2日にNatureに掲載されたのでそれで説明 VLT/FORS2 (Subaru/Focusと似た装置)

多天体分光器でスペクトルを得る 酸素A線 水 SNは波長要素あたり100～300程度 青：参照星　赤：GJ1214

適当なバンドでスペクトルを積分する ここでは880-900nmの波長領域を積分している

相対測光ライトカーブを作る その後ライトカーブから観測パラメータとの相関を取り除く 例えば：エアマス、時間、検出器のピクセル位置など （高精度トランジット測光観測では基本的な解析方法）

きれいにしたライトカーブ 相対測光精度＝0.0554%

いろんなバンドで同じことをする 780nm-1000nmで20nm刻みにバンド積分を行っている 全てのバンドで0.05%-0.06%の測光精度が達成されている (酸素や水などの地球の大気吸収があっても問題ない)

何をどう探すか 測光標準星をいくつかと、M型星を観測する 前述の解析でM型星に対するライトカーブを作る 惑星のトランジットの場合は、短いタイムスケールで減光が起こって元に戻り、それが周期的に起こる 十分な測光精度と時間分解能があれば減光を探すことができる 候補が見つかったらフォローアップへ

FMOSでは1%の精度もでない？ 通常の測光観測(分光せずに夜光も全部積分され てしまっている観測)でも、Jバンドで～0.1%程度の精 度は達成されている(岡山ISLEで実証済み) 他の大型望遠鏡もこの方法で0.1%以下の測光精度 を目指している(特にホットジュピターが主星の裏に 隠れる現象の観測のため) やってみずに不可能と決めるのではなく、むしろどこ まで高精度の測光観測がFMOSで可能なのか、この ような観測で調べることも大事では

まとめ FMOS戦略枠の余ったファイバーを使って、ついでにM型星まわりのトランジット地球型惑星を探したい もちろん全部がはずれである可能性も大きい ハビタブルでないスノーボールアースなど別の何かが見つかる可能性もある 装置の限界測光精度などの特性を調べる意味で、このような観測も有用なのではないかと思われる