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系外惑星系の高分散分光観測の近況報告

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. 恒星. 惑星. 惑星. 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. ロシター効果. 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). 恒星の自転軸. 惑星の公転軸. 惑星.

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  1. 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

  2. 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

  3. 恒星 惑星 惑星 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 ロシター効果 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

  4. 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)

  5. 恒星の自転軸 惑星の公転軸 惑星 惑星の公転面 恒星 ロシター効果の観測量 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

  6. 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

  7. 系外惑星の離心率分布

  8. 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 migration) • 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

  9. 0 30 60 90 120 150 180 度 惑星散乱と古在効果による予言 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

  10. 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)

  11. ロシター効果の観測例 • HD209458 Queloz et al. 2000, Winn et al. 2005 • HD189733Winn et al. 2006 • TrES-1 Narita et al. 2007 • HAT-P-2Winn et al. 2007, Loeillet et al. 2008 • HD149026 Wolf et al. 2007 • HD17156Narita et al. 2008 • TrES-2 Winn et al. 2008 • CoRoT-Exo-2 Bouchy et al. 2008 • XO-3 Hebrard et al. 2008 • HAT-P-1Johnson et al. 2008 • WASP-14 Joshi et al. 2008 blue: binary red: eccentric green: our team

  12. 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

  13. HD17156の観測結果 red circle: OAO, triangle: Subaru, square: Keck Narita et al. (2008)

  14. HD17156bのロシター効果 今後の追試が必要

  15. XO-3の観測結果 Hebrard et al. (2008)

  16. XO-3bのロシター効果 こちらも今後の追試が必要

  17. 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

  18. 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？

  19. 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

  20. 主星 惑星および外層大気 主星の光 主星元素の吸収線 惑星大気による追加吸収 トランジット惑星の大気吸収探索 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

  21. -1.47% (base) -1.53% (base) -1.71% (peak) -1.70% (peak) Seager & Sasselov (2000) Brown (2001) 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)

  22. in transit out of transit Charbonneau et al. 2002 HST/STISによる観測結果 HD209458bに対するHＳＴ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

  23. 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

  24. 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

  25. HD189733bの大気吸収 Redfield et al. (2008)

  26. HD209458bの大気吸収 Snellen et al. (2008)

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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

  31. astro-combの概念図 右：1GHzのレーザー出力（source-comb） 左：装置の概念図 Li et al. (2008)

  32. astro-combの出力 Li et al. (2008)

  33. 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

  34. 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

  35. 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？

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