すばる望遠鏡、 主星の自転に逆行する 太陽系外惑星を発見 国立天文台 太陽系外惑星探査プロジェクト室 成田憲保 共同発表者： 佐藤文衛(東工大)、平野照幸(東大)、田村元秀(NAOJ) Joshua N. Winn (MIT) 惑星の質量(木星質量) 太陽系外惑星の軌道：主星からの距離 木星 主星から惑星までの距離(天文単位) 木星のような巨大惑星がかなり内側の軌道にある 太陽系外惑星の軌道：軌道の離心率 惑星の軌道の離心率 エキセントリックプラネット 木星 主星から惑星までの距離(天文単位) 水星よりも細長いような、だ円軌道の惑星が多い 太陽系外惑星の軌道の理論的説明 • 太陽系外惑星では太陽系の惑星とは全く異なった軌道の惑 星が多い • しかし、太陽系外でも最初は外側に大きな木星型惑星がで きると予想される 惑星が最初に形成された場所から現在の軌道へどうやって 移動したのかを説明する理論が提案されてきた 惑星落下モデル （原始惑星系円盤との相互作用） 惑星散乱モデル （他の複数の巨大惑星との相互作用） 古在移動モデル （連星をなす伴星との相互作用） 惑星移動モデルの予言 • 惑星落下モデル 小さな軌道離心率、小さな公転軌道傾斜角を予言する このモデルだけでは観測されている軌道離心率の分布を説明 できない • 惑星散乱モデル、古在移動モデル さまざまな軌道離心率、公転軌道傾斜角を予言する 大きな公転軌道傾斜角を持つ可能性もかなりある 研究の動機 • 太陽系外惑星がどのような過程を経て現在の軌道にあるの かを観測の立場から解明したい • そのために太陽系外惑星の公転軌道傾斜角を測ることはで きないだろうか？ トランジット惑星のロシター効果 主星 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 この現象を利用して、トランジット惑星がどのような経路を通って 主星の前を通過したかがわかる 惑星の公転方向とロシター効果の関係 恒 星 の 見 か け の 速 度 星ナビ2005年2月号 解説記事より作成 恒 星 の 見 か け の 速 度 遠ざかる 近づく 遠ざかる 近づく ロシター効果の観測でわかること 主星の自転軸 惑星の公転軸 惑星 惑星の公転面 恒星 我々(地球)から見た太陽系外惑星の公転軌道傾斜角を測定できる 今回の観測天体について • 主星：HAT-P-7 白鳥座の方向、太陽系からの距離はおよそ1000光年 質量は太陽の1.5倍ほど、大きさは太陽の1.8倍ほど • 惑星：HAT-P-7b (系外惑星の名前は主星にb,c,d…をつけていく) 2008年にハーバード大学のBakos氏らによるトランジット惑星探索 プロジェクト「HATNet Project」で発見された 質量は木星の1.8倍ほど、大きさは木星の1.4倍ほど 公転周期は2.2日、軌道離心率はほぼ0 すばる望遠鏡で観測した10個のターゲットの中の1つ 日本グループの観測結果 Narita et al. (2009) より作成 観測日：２００８年５月３０日 アメリカグループの観測結果 Winn et al. (2009) より作成 観測日：２００９年７月１日 得られた結果について • 2つの独立な観測・解析によって、HAT-P-7bのロシター効果を測定 し、どちらも3σ以上でλが90度以上という結果を得た • 地球から見ると、この惑星は主星の自転に逆行している 主星の自転 惑星の公転 地球から見た惑星系 結果の不定性(主星の自転軸)について • 主星の自転軸が傾いている場合(下図)まで考慮すると、3σで86.3度 ～180度の傾き • 惑星系で見ると、惑星が非常に傾いた順行をしている可能性もわず かながら残っている 地球 地球から見た惑星系 主星の自転軸が傾いている場合 今後の課題 • 主星の自転軸の傾きは、今年打ち上げられたNASAのケプラー衛星 の星振学解析によって測定される見込み • 惑星散乱モデルと古在移動モデルの判別はまだできていない 惑星散乱モデルでは外側に放り出された巨大惑星があるはず 古在移動モデルでは外側に伴星があるはず • 外側にあるはずの巨大惑星や伴星を探索することで、この惑星系で の惑星の移動モデルを判別することができる 今回の発見の意義 • 太陽系外惑星で惑星落下モデル以外の惑星移動が実際に 起こったことを示すひとつの観測的証拠 • 多様な太陽系外惑星系がさまざまな惑星移動過程の結果で あることを示唆している 補足スライド 惑星落下モデル • 原始惑星系円盤の中で公転しているうちに、惑星が少しずつ主星 に向かって落下していくという移動モデル • 太陽系のように、ほぼ円軌道の順行惑星ができる • 太陽系外惑星の主星からの距離の分布を説明できる • ただ、このモデルだけでは離心率の分布については説明できてい ない 惑星散乱モデル • ３つ以上の巨大惑星ができた場合に、惑星同士が重力でお互いを はじきとばして(散乱して)移動モデル ２つの巨大惑星でも起こる場合がある シミュレーション結果では、内側と外側に１つずつ惑星が残り、１ つが惑星系から放り出される場合が多い • 離心率を持った惑星、大きく傾いたり、逆行する惑星を予言 放り出された惑星 古在移動モデル • 連星(２つの恒星がお互いに公転している)の一方に惑星がある場 合、もう一方の恒星(伴星)の影響で惑星の軌道が変化する 伴星の公転する軸と惑星の公転する軸が傾いている場合に起 きる（主星の自転する軸とは無関係） 惑星散乱モデルと組み合わせたモデルを東工大の長沢特任助 教、井田教授らが提案し、大きな反響を得ている • 離心率を持った惑星、大きく傾いたり逆行する惑星を予言 (惑星にとっての)主星 伴星 ロシター効果の観測の現状 • 現在までに16個の惑星で観測されている • そのうち6個の惑星で逆行を含む大きな公転軌道傾斜角が 報告された 1個は2008年、5個が2009年夏に報告された 惑星散乱モデルや古在移動モデルの証拠が次々と発見されて いる • 惑星の移動過程（惑星系の形成過程）が次第に明らかにな りつつある
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