系外惑星系の高分散分光観測の近況報告

国立天文台　光赤外研究部成田　憲保

今日のトピックス

トランジット惑星系のロシター効果の測定 トランジット惑星系の大気吸収探索 視線速度観測の現状と展望

ロシター効果

近づく側を隠す→ 遠ざかって見える

遠ざかる側を隠す→ 近づいて見える

惑星恒星

惑星

ロシター効果 ＝ 惑星がトランジット中に主星の自転を隠す効果

ロシター効果の形

惑星がどのような軌道を通ったかでロシター効果の形が変わる

Gaudi & Winn (2007)

ロシター効果の観測量

惑星の公転面

惑星

恒星

惑星の公転軸

恒星の自転軸

天球面上での主星の自転軸に対する惑星の公転軸の傾き（公転軌道傾斜角）がわかる

ロシター効果と惑星移動モデル

λ を測る価値はあるのか？ λ は惑星の移動の仕方による 2 年ほど前までは λ ～ 0 が常識だった 最近大きな λ を予言するモデルが増えている

系外惑星の離心率分布

惑星移動モデルの例 惑星が円盤の中で徐々に移動 (Type II migration)

軌道長半径の分布は大まかに説明できる (Ida & Lin 2004)

離心率の分布を説明できない

伴星 / 惑星による古在効果による惑星移動 (Kozai migratio

n)

複数の惑星同士の散乱による移動 (Jumping Jupiter)

連星や複数の惑星の存在を考慮したモデル

初期条件によって結果の軌道の分布はさまざま

大きな離心率や大きな公転軌道傾斜角を予言する

惑星散乱と古在効果による予言

0 30 60 90 120 150 180 度

Nagasawa, Ida, & Bessho (2008)

惑星移動の理解のためにロシター効果の観測が求められている

ロシター効果の観測例

去年の HDS ゼミ発表時

HD209458 Queloz et al. 2000, Winn et al. 2005

HD189733 Winn et al. 2006

TrES-1 Narita et al. 2007

( 去年まではほとんど我々のチームしか観測していなかった )

ロシター効果の観測例 HD209458 Queloz et al. 2000, Winn et al. 2005 HD189733 Winn et al. 2006 TrES-1 Narita et al. 2007 HAT-P-2 Winn et al. 2007, Loeillet et al. 2008 HD149026 Wolf et al. 2007 HD17156 Narita et al. 2008 TrES-2 Winn et al. 2008 CoRoT-Exo-2 Bouchy et al. 2008 XO-3 Hebrard et al. 2008 HAT-P-1 Johnson et al. 2008 WASP-14 Joshi et al. 2008

blue: binary

red: eccentric

green: our team

この 1 年での状況変化 ヨーロッパチーム（ SOPHIE ）の参入

トランジットサーベイチーム (WASP, CoRoT) と組んで惑星の発見発表前にロシター効果も観測

離心率の小さい惑星では λ は概ね小さい 大きなずれを持つ可能性のある惑星系の発見

HD17156b と XO-3b ( どちらも大離心率惑星 )

大離心率惑星では結果が分かれている HAT-P-2 と WASP-14 では λ が小さい

HD17156 の観測結果

red circle: OAO, triangle: Subaru, square: Keck

Narita et al. (2008)

HD17156b のロシター効果

今後の追試が必要

XO-3 の観測結果

Hebrard et al. (2008)

XO-3b のロシター効果

こちらも今後の追試が必要

すばるでの観測状況07B, 08A で合計 7 個の系でロシター効果を観測 TrES-3 (Narita et al. in prep) TrES-4 ( 伴星発見のため再解析中 ) WASP-1 (Winn et al. in prep) WASP-2 (*) HAT-P-1 (Johnson et al. accepted) HAT-P-7 (*) XO-2 (*)

(*) CCD の影響を検討後に視線速度計算予定

ロシター効果測定の近況まとめ 観測の競争が激化している

λ の分布は統計的な段階へ移行しつつある 今後すばるでの結果を報告予定

大きくずれている可能性のある系が発見されている 今年中にすばるで確認がなされる予定

大離心率 or 連星系での観測が今後の中心課題 理論的にはありうる逆行惑星の発見はあるか？

ロシター効果測定の今後の展開 地球型惑星の confirmation

CoRoT, Kepler によって発見された候補の確認

星震学とのコラボレーション CoRoT, Kepler による高精度 photometry

astro-comb 型 視線速度測定器による視線速度観測

主星の視線方向の傾きが測定できる

トランジット惑星の 3 次元的な軌道が明らかにできる

トランジット惑星の大気吸収探索

主星

惑星および外層大気

主星元素の吸収線

主星の光

惑星大気による追加吸収

トランジット中と外のスペクトルを比較して惑星大気吸収を探す

初期の理論予想

トランジット中の大気吸収スペクトル予想 (R ～ 3000)

Seager & Sasselov (2000) Brown (2001)

-1.71% (peak)

-1.53% (base)

-1.47% (base)

-1.70% (peak)

HST/STIS による観測結果HD209458b に対する H ＳＴの観測結果

2002 年 中性ＮａのＤ線で 0.0232% の吸収量の増加が報告された

Charbonneau et al. 2002

in transit out of transit

地上望遠鏡による観測結果

2 年前の HDS ゼミ発表時 Keck/HIRES Bundy & Marcy (2000) < 3% VLT/UVES Moutou et al. (2001) < 1% Subaru/HDS Narita et al. (2005) < 0.2%

地上での検出は難しいと考えられていた

この 1 年での状況変化HD209458 と HD189733 の地上観測で Na D 線吸収の検

出

HET/HRS Redfield et al. (2008) 2005 年に発見された新しいターゲット HD189733 を 36 晩観測

11 回のトランジットを観測して 0.067% の追加吸収を検出

Subaru/HDS Snellen et al. (2008) Narita et al. (2005) の HD209458 のデータを再解析

HDS の CCD の non-linearity を経験的に補正

1 晩の観測で 0.056% の追加吸収を検出

HD189733b の大気吸収

Redfield et al. (2008)

HD209458b の大気吸収

Snellen et al. (2008)

すばるでの観測状況07A に HD189733b の half transit を観測 (Narita et

al. in prep) in transit の SNR ～ 900 out of transit の SNR ～ 1200 R ～ 120000 CCD の non-linearity と telluric の除去を実施中

大気吸収探索の近況まとめ

地上高分散分光観測で惑星大気（ Na ）の検出が可能に

HST/STIS と同程度の精度が出ることがわかった 2009 年から HST/STIS も復活予定

すばるは地上大型望遠鏡の中で最も有利 Keck/HIRES は Na D 線がエシェルオーダーの端にある ほとんどのトランジット惑星は北天にある (VLT には不利 )

HET はトランジットを 1 晩で観測できない

大気吸収探索の今後の展開

地上高分散分光が惑星大気吸収探索のひとつの柱に 大気吸収探索から吸収変動探索へ

吸収量を変える最大の要因は「惑星の雲の存在」 1 回のトランジットで吸収が検出できるすばるでは、その

変動を探すことが可能 系外惑星の天気の変化を調べることができる

すばるが有利なうちに他のターゲットも観測したい

視線速度観測の現状

先月の IAU シンポジウムで発表された最近の動向

HARPS が M 型星の探査で約 45 個の Super Earth を発

見し、現在投稿準備中 地球型惑星はかなりの数存在するようだ

MMT@Mt. Hopkins でのテストで astro-comb が 1cm

/s の安定性を達成

2009 年から WHT/HARPS-NEF (New Earths Facility) が

稼動

astro-comb の概念図

Li et al. (2008)

右： 1GHz のレーザー出力（ source-comb ）

左：装置の概念図

astro-comb の出力

Li et al. (2008)

astro-comb の特徴

可視～近赤外に対応 source-comb の出力のピークを変えることで、可視にも対応可

ターゲットのスペクトル型に応じた使い方ができる

星の SN を損なわない 吸収ではなく輝線型 出力レベルを適切に変化させることも可能

CoRoT, Kepler の候補追試などに用いられる予定 HARPS 型にすることで長周期の安定性

他の方法の欠点 ヨードセル

星の SN を無駄にしてしまう

可視の一部のみ

Simultaneous Th-Ar 近赤外で Th-Ar が強くサチりやすい

今後の展開 技術共有をしているアメリカとヨーロッパでは

今後 astro-comb 型視線速度測定器が主流？

Kepler で発見されるかもしれない太陽 - 地球の

系を追試する準備は整いつつある

系外惑星以外の研究にも astro-comb が普及？