天の川銀河の変光星探査松永典之（東京大学・天文学教室）概要イントロダクション • 銀河のトレーサとしての脈動変光星 – どんな応用が出来るか。なぜ重要か。研究報告 • KISOGP 銀河面変光天体探査 – いろいろな天体のライトカーブが得られてきた。 – 700個以上のミラを発見。その分布の初期成果を示す。イントロダクション天の川銀河のトレーサとしての脈動変光星脈動変光星について • ミラ型変光星 – AGB (1～6 Msun) – 周期 100～1000日程度セファイド • 古典的セファイド – Blue loop (4～10 Msun) – 周期 3～50日程度 • Ⅱ型セファイドミラ RRライリ – post-HB （～1 Msun） – 周期 1～40日程度 • RRライリ変光星 – HB (～1 Msun) – 周期 0.5～1日程度 Gautchy & Saio (2005) 脈動変光星の応用 • 銀河系研究への４つの役割 – 銀河系構造のトレーサ – 恒星種族のトレーサ – 化学進化のトレーサ – 星の運動のトレーサ LMCにある変光星の周期光度関係（IRSF/SIRIUSの観測結果より）古典的セファイドミラ型変光星 Ⅱ型セファイド変光星の応用例（１） • Matsunaga et al. (2011, 2015) – Nuclear Stellar Diskに古典的セファイド（～20 Myr）を発見して、星形成史や運動を議論。 Matsunaga et al. (2011, Nature, 477, 188) Matsunaga et al. (2015, ApJ, 799, 46) 変光星の応用例（２） • Feast et al. (2014, Nature, 509, 342) – 銀河系円盤のフレアに付随する初めての恒星として古典的セファイドを同定。 Feast et al. (2014, Nature, 509, 342) 変光星の応用例（３） • Genovali et al. (2013, 2014, 2015) – 銀河系円盤の400個以上の古典的セファイドの化学組成（FeおよびNa, Al, Mg, Si, Ca）を調べて、銀河系円盤の金属量勾配を議論。 [Na/Fe] [Fe/H] [Al/Fe] Genovali et al. (2014, A&A, 566, 37) [Si/Fe] Genovali et al. (2015, A&A, in press; ArXiv:1503.03758) 天の川銀河のトレーサ普通の星変光星両者を使った研究は相補的 • 距離・年齢の推定は難しい。 – 分光などから距離を推定する方法もあるが、精度は低い。 – Gaiaは数kpcまで高精度の距離。 • 数が多い。 – 分解能の高い調査が可能。 – 統計的な有意性が高い。 • 大規模観測をやりやすい。 – 測光は基本的に一度でよい。 – 天球での密度が高いので、多天体分光もやりやすい。 • 各星の距離・年齢がわかる。 – タイプや周期光度関係から – トレーサとして、位置・時間の正確な情報が得られる。 • 数が少ない。 – 特定の進化段階なので少数。 – 個々の情報の精度は高いが分解能と有意性は限られる。 • 観測のコストは高い。 – 探すのに反復観測が必要。 – 測光・分光的性質も時間変化研究報告 KISOGPーKWFC銀河面変光星探査共同研究者 • 小林尚人、三戸洋之、福江慧、山本遼、泉奈都子、中田好一（東大） • 前原裕之、浮田信治、柳沢顕史、岩田生（国立天文台） • 坂本強（スペースガード協会） • 岩崎仁美, 花上拓海, 小野里宏樹, 板由房（東北大） • 新井彰（京都産業大） • 山下智志（鹿児島大） KISOGPの目的と概要 • KISOGP=KWFC Intensive Survey of the Galactic Plane • 円盤部（銀河系の骨格）にある変光天体探査 – 320平方度。現在約3000個の変光星が知られている領域内で、数千個の新しい変光星の発見を目指す。 – （周期光度関係をもつ）変光星の分布から銀河円盤の構造を明らかにする。 – これまでよりも暗いand/or遠い新星・矮新星の発見（前原さん講演参照）。 – YSOなどその他の変光天体を探し出し、詳細研究へのサンプルを提供する。 • 見つけた変光星の追観測 KISOGPの観測 α~21.2h δ~+24deg  木曽シュミット望遠鏡と KWFCカメラ  320平方度（２度刻みに並べて80視野）  3年間に約40回の反復観測( I バンド)を行う計画  限界等級17等(S/N=30) 4kpc α~23.9h δ~+48deg α~0.4h δ~+63deg α~4.1h δ~+52deg α~5.8h δ~+29deg α~6.8h δ~+03deg 10kpc 観測領域 • 銀河面、銀経60～210度 • こぎつね座(Vul)、はくちょう座(Cyg)、ケフェウス座 (Cep)、カシオペア座(Cas)、ペルセウス座(Per)、ぎょしゃ座(Aur)、おうし座(Tau)、ふたご座(Gem)、いっかくじゅう座(Mon) Gem Cep Aur Cas Mon Cyg Per Vul Tau Ori 210 180 150 120 Galactic longitude [deg] 90 60 天の川の変光星探査 • 1990年代から、重力マイクロレンズなど様々な変光天体を調べるために、CCDカメラを用いた大規模な変光星探査が進められてきた。各探査による周期変光星の発見状況 Drake et al. (2014、Catalina Survey DR1の周期変光星を報告する論文) より KISOGP ~𝟓 ~𝟐𝟎𝟎𝟎(? ) 𝟑𝟐𝟎 𝟗. 𝟓 − 𝟏𝟕 𝟑 𝟒𝟎 𝑰 KISOGPの位置づけ • 北半球の銀河面変光天体探査としては先行。 • 3年以内に報告すれば、北半球で見える銀河面の変光星探査として先駆的な成果を上げられる。 – PTF, Pan-STARRS, Gaiaによる探査も進んでいる。 Catalinaサーベイの発見した約8000個の突発天体（超新星、新星など）と、銀河面の各変光星探査の領域これまでに収集したデータの概要 • 2年半に30～50回の反復観測データ • 月に１～３回。 • 脈動変光星を調べるデータとしてはちょうどよい程度。 2012年8月～2015年3月（約2年半）の観測回数（5秒＋60秒×3を1回とカウント）。悪天候のデータ（約3割）も含んでいる。解析の現状 • Astrometry：USNO-B1を利用。 • 測光：SExtractorによる開口測光。 • 等級ゼロ点：APASSのr+i等級を利用。 – AAVSO Photometric All-Sky Survey (in UCAC4) – 一部の領域はデータが無い。 – 一部おかしい等級が含まれている。 – 精度は0.2～0.3等級程度 • 測光結果はデータベースで管理。 – 入力した座標の測光結果を集めて、ライトカーブのデータの出力やプロットが可能。解析の現状（２） • 相対的な変化（ライトカーブの形）は調べられる。 • 等級ゼロ点の精度は0.2～0.3等程度。 • ノイズ（外れ値）が多い。 • 星が混んだ領域で、測光や同定の精度が低い。既知変光星ライトカーブの紹介変光星カタログ • GCVS (General Catalog of Variable Stars) – Kukarkin, Kholopov, Samusらロシアの研究チームが長い期間にわたり更新してきた変光星総合カタログ – 2013年4月の版で約48000天体 • AAVSO International Variable Star Index VSX (Watson+2006-2014) – American Association of Variable Star Observersが管理 – 2015年2月の版で32万天体以上 – マゼラン銀河の変光星なども含まれている。既知変光星の個数 GCVS AAVSO KISOGP領域内にある天体 KISOGPで測光できている天体 1381 3455 830 2010 KISOGP領域内の GCVS変光星の分布新星 V407 Cyg Nova Cyg 1936 (NR+ZAND+M) V959 Mon Nova Mon 2012 (NB) 2012/04 2012/10 2012/06 V809 Cep Nova Cep 2013 (N) 2013/01 2012/12に未検出のデータ V2468 Cyg Nova Cyg 2008 (N) FU Ori V2492 Cyg PTF 10nvg (FU Ori) V2493 Cyg PTF 10qpf (FU Ori) V582 Aur (FU Ori+UX Ori) V710 Cas (FU Ori) YSO V478 Aur (FUOR) V1683 Cyg (I, Irregular YSO) V1478 Cyg (S Dor) V2417 Cyg (Be) V517 Cyg (UX Ori) X線天体 SAX J2103.5+4545 (HMXB) IGR J06074+2205 (HMXB) V831 Cas (HMXB/XP) V635 Cas (HMXB) 既知(AAVSO)変光星の種類種類説明天体数サブクラス Eclipsing 食連星 492 (708) Rotating 回転星 39 (81) Pulsating 脈動星 794 (1230) M (Mira), DCEP (δ Cep), RR (RR Lyr), … Eruptive 爆発星 189 (317) BE (Be star), CTTS, FUOR, I (Orion type), … E, EA (Algol), EB, EP, EW, … ELL (Ellipsoidal), TTS/ROT (T Tau), … Cataclysmic 激変星 28 (41) N (Nova), NA, NB, NC, NL, NR, CV, … X-ray X線星 7 (11) HMXB, LMXB, X, … Others その他 270 (652) Total MISC, VAR, AGN, BLLAC, QSO, … 2010 (3455) タイプ未知を含むカッコ内はKISOGPで非検出（saturationが主）も含めた個数。ミラ型変光星候補の発見大振幅長周期変光星の検出 • 約750天体のミラ型変光星候補を検出 – 大振幅（約0.4等級以上）、長周期（100日以上のトレンド） – ライトカーブを目で見て確実なもの – 約500個がこれまでに知られていなかった変光星 • 領域内にある既知ミラをあわせると約800個のミラ候補発見したミラのライトカーブの例 • 多くの天体の周期がすでに決められそう。 2012 2013 2014 周期分布 • 約750個のうち、現時点で585個の周期を得た。 350日にピークすでに周期がわかっていたミラ 82 KISOGPで周期が決められたミラ 585 （そのうち、新しい周期）合計 551 633 2MASS 近赤外線等級 • 2MASS（測光1回）からJHKs等級を探した。 – 距離を精度よく求めるには平均等級が必要。 0 2 4 Ks 6 8 10 12 J-Ks 青：AAVSOミラ（ 𝑏 < 5°, 𝑃 > 100d ） 9429個赤：KISOGP領域内ミラ 797個距離の推定 • 周期と2MASS等級を使って距離を計算 – 誤差は距離指数で0.5 mag程度（30～50%程度） A(Ks) 距離 [kpc] 0 5 10 15 銀河系円盤中での位置メーザ源の少ない領域（蜂須賀さん講演）赤 AAVSOミラ（ 𝑏 < 5°, 𝑃 > 100d）（そのうち、60° < 𝑏 < 210°）緑 KISOGP領域内ミラ 8191 377 611 まとめ • 脈動変光星は、距離・年齢などが（普通の星よりも）精度よく得られる特徴あるトレーサ。 • KISOGP: 銀河面320平方度の変光星探査を 2012年から行っている（3年で約40回観測）。 • 700個以上のミラ型変光星を発見（500個以上は新発見の変光星）。 • ライトカーブデータをテスト的に公開中 – 銀河面領域（銀経60～210度）で、変光を知りたいターゲットがあれば声を掛けてください。今後の展望 • 700個のミラの追観測 – 光赤外での分光分類観測（M型星／炭素星） – 赤外線での反復観測から平均等級→高精度距離 – メーザ輝線探査 • KISOGPはメリハリをつけて継続 – 突発天体、長周期（P>500日）の変光天体 • 星形成領域に特化した（新しい）大規模観測 • OGLE-IV、VVV、PTF、Gaiaによって、今後10年ほどで銀河系変光星カタログが整ってくる。 – 分光観測（視線速度、化学組成）が重要になる。