(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

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

少し暗くなる

太陽系外では太陽系でのトランジット

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：

トランジットの諸性質

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

青：参照星　赤： GJ1214

酸素 A線 水

SNは波長要素あたり 100～ 300程度

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• M 型星も長周期なタイムスケールで変光している

可能性があるし、フレアなどで増光が起こる可能性もある ( こちらに興味がある人もいるのでは？ )

• 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

• 特にハビタブルゾーンにある地球型惑星が発見されるとインパクトが大きいので、狙うのは主にM6 型星とし、数十天体を観測したい

• 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