トランジット法による低温度星まわりの地球型惑星探索と大気調査

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1 トランジット法による低温度星まわりの地球型惑星探索と大気調査
成田憲保（国立天文台） ほかＩＲＤトランジット班

2 目次 系外惑星のトランジットについて トランジット惑星探査の現状 なぜ低温度星を狙うか？ 今後の研究戦略

3 惑星が恒星の前を通る際の減光が観測される
系外惑星のトランジット 太陽系でのトランジット 太陽系外では 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が観測される

4 最初に観測されたトランジット Charbonneau et al. (2000) 口径99mmの望遠鏡による観測

5 トランジット光度曲線からわかること 主星の半径, 軌道傾斜角, トランジット中心時刻 主星と惑星の 半径比 主星の周辺減光係数 惑星の半径
Mandel & Agol (2002), Gimenez (2006), Ohta et al. (2009)

6 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

7 cf. 太陽(G3型)と最小の恒星(M6型)の場合
Rs ～ 1 Rsun ～ AU Rpを地球サイズに仮定すると ～ 0.01 Rsun 地球のトランジット確率： Rs/a ～ 0.5%、減光率： (Rp/Rs)2 ～ 0.01% トランジット継続時間： Rs P / a π ～ 14hr M6型星 Rs ～ 0.1 Rsun ～ AU ハビタブル惑星の場合： a～0.005 AU、 P～10 hr トランジット確率： Rs/a ～ 10%、減光率： (Rp/Rs)2 ～ 1% トランジット継続時間： Rs P / a π ～ 20 min

8 トランジット惑星探査計画の現状 地上観測ネットワーク 宇宙望遠鏡 ＳｕｐｅｒＷＡＳＰ（主にヨーロッパグループ）
ＨＡＴ（主にアメリカグループ） 地上のさまざまな経度の国に望遠鏡を設置して観測 宇宙望遠鏡 Ｋｅｐｌｅｒ（ＮＡＳＡ） ＣｏＲｏＴ（ＥＳＡ） 宇宙から特定の領域をずっとモニターし続ける

9 トランジット惑星の発見数推移 近年発見数が伸び続けている

10 2011年2月：Keplerの初期成果(4ヶ月)

11 <1.25 RE 1235個の惑星候補の発見

12 これまでは木星や土星のようなものばかりだった
トランジット惑星の質量分布 地球質量 これまでは木星や土星のようなものばかりだった

13 54個の惑星がいわゆる ハビタブルゾーンにある うち地球型惑星は5個

14 Keplerの結果 地球型惑星のような小さな惑星は普遍的に存在 周期が短いところにも存在している ハビタブルな惑星候補も発見されてきた

15 Keplerの弱点 Keplerの惑星候補の星は遠すぎるものが多い 非常に暗いため惑星の質量や軌道の決定、詳細な特徴付けが困難
特に生命を探すといったような研究は太陽系に近い明るい星でしかできない

16 テーマBの研究提案 太陽系近傍の低温度星（M型～K型星）をターゲット としたトランジット観測によって、トランジット惑星の 探索と発見された惑星に対する大気の調査を行う 特にすばる望遠鏡に搭載される予定の赤外線視線 速度測定装置を念頭に、太陽系近傍のトランジット 惑星候補を探索する 発見された惑星の大気成分の調査を行う

17 提案の背景１ なぜ太陽系近傍の低温度星が注目されているか？
低温度星ではハビタブルゾーンが主星に近く、ハビタブルな惑星がトランジットする確率が高い 公転周期が短いので発見の確認や追観測にかかる時間が短い トランジット惑星は多くの派生サイエンスがあり、将来の大型望遠鏡計画の時代に最も注目されるターゲット そのため低温度星の（ハビタブルな）トランジット惑星探しとそのフォローアップ観測は、今後系外惑星観測のひとつの主流になると期待される

18 提案の背景２ なぜ近赤外で低温度星のトランジット観測か？ 低温度星は太陽よりかなり小さい
地球型惑星のトランジットでも地上から検出可能（減光率 0.1-1%オーダー） 低温度星は可視では暗いが、近赤外では～5等(100倍)以上明るくなる → 近赤外の方が測光精度が高い そのため低温度星でのトランジット地球型惑星探しには、近赤外での観測が重要になる

19 提案の背景３ 赤外測光観測技術の向上 赤外検出器でも～0.1%に迫る測光精度は可能

20 提案の背景４ すばる望遠鏡IRDの存在 すばる望遠鏡で赤外視線速度測定が可能になり、低温度星で 特に既存の装置より高い精度が見込まれる
視線速度測定によって惑星の質量や軌道が決定できる しかし視線速度でハビタブル惑星を探すのは時間的コストが 非常に大きい トランジット法でハビタブル惑星候補を発見してから視線速度 測定をすることができれば、時間を大幅に節約できる

21 赤外領域でのトランジットの深さは惑星大気組成の情報を持っている
提案の背景５ 惑星大気の調査 赤外領域でのトランジットの深さは惑星大気組成の情報を持っている

22 今年度の研究戦略 これまでの地上トランジットサーベイのアーカイブデータから トランジット惑星候補の高精度確認観測を行う
既知の低温度星まわりの惑星GJ1214bやKeplerの惑星候補 に対する惑星大気の調査 南アフリカIRSF/SIRIUSで今日発表されたハビタブル惑星候補 HD85512bのトランジット探索(2011/ /4頃に可能)

23 南アIRSFの高精度測光も成功

24 今日発表された惑星の視線速度

25 今年度の研究戦略 これまでの地上トランジットサーベイのアーカイブデータから トランジット惑星候補の高精度確認観測を行う
既知の低温度星まわりの惑星GJ1214bやKeplerの惑星候補 に対する惑星大気の調査 南アフリカIRSF/SIRIUSで今日発表されたハビタブル惑星候補 HD85512bのトランジット探索(2011/ /4頃に可能)