系外惑星系TrES-1における Rossiter効果の検出可能性とその観測意義東京大学大学院理学系研究科成田憲保共同研究者太田泰弘、樽家篤史、須藤靖（東京大学） Joshua N. Winn （Harvard-Smithsonian Center） Edwin L. Turner (Princeton Univ.) 田村元秀、山田亨、青木和光（国立天文台）佐藤文衛（神戸大学）イントロダクション太陽系の惑星はほぼ同一平面内を太陽の自転と同一方向に公転している太陽系はどのようにしてできたのだろう？（C）NASA, JPL 太陽系の形成林モデル（京都モデル） flatな原始惑星系円盤内での惑星形成原始星のまわりにflatな円盤が形成 ↓ 円盤内部でのダスト衝突・合体による微惑星の形成 ↓ 原始惑星によるガス・ダスト集積 ↓ 特定領域研究 coverpageより巨大ガス惑星・地球型惑星の形成太陽系外惑星の発見 1995年 → 51Pegasi に系外惑星の発見どんな惑星が見つかったか？ 51Ｐｅｇ．ｂ公転周期４．２日軌道長半径０．０５２ＡＵ Mercury 公転周期８８日軌道長半径０．３９ＡＵホットジュピター（あるいはclose-in giant）と呼ばれる主星に近接した巨大ガス惑星林モデルをそのまま適用できない！ Migration Theory 巨大ガス惑星が主星の近傍に存在しているしかし惑星の核となる氷は遠いところでしかできない遠くでできた後、形成過程で内側へ移動してきた微惑星と原始惑星系円盤の相互作用から説明新しい発見から理論の修正が行われた現在の惑星形成理論の大前提 flatな原始惑星系円盤内での惑星形成＋migrationによる動径方向の軌道変化これらだけを考慮すれば十分だろうか？ Yes or No どちらも重要惑星形成の現場で何が起こる？ • 微惑星・原始惑星同士の衝突   migration中に３次元方向の軌道変化？全太陽系惑星の公転面は完全には一致していない • flee-floating planetの可能性   太陽系の木星型惑星には逆周りの衛星もあるはぐれ惑星が主星に捕獲される可能性もある • その他の考えていなかったことの可能性  近くで超新星爆発？？？系外惑星は惑星形成理論を確かめる手がかりとなる何をどうやって調べるのか？ホットジュピターはmigrationの結果現在の位置にあるその軌道はmigrationの素過程の情報をとどめているホットジュピターが flatな原始惑星系円盤内での惑星形成＋migrationによる動径方向の軌道変化で形成されたならば、主星の自転と惑星の公転はよくalignしているはずこのalignmentの角度はRossiter効果の観測量 Rossiter効果 Transitが引き起こす視線速度のずれおよそ2時間のTransit中の視線速度を決めるため高精度かつ高サンプリングの観測が必要惑星の公転軌道例視線速度のずれ時間 Ohta, Taruya & Suto (2005) 惑星がどのようなalignmentを持って主星の前面を通過するかによってずれのふるまいが決まる HD209458での観測例 http://exoplanets.org/ ELODIE on 193cm telescope Queloz et al. (2000) 主星の自転と惑星の公転が同方向系外惑星でRossiter効果が確認された唯一の例その他の観測ターゲット現在確認されているTransit惑星は６つ   HD209458 V=7.65 OGLE-56, 113, 132, 10 V=15~17 HD209458は非常に明るいため2m級望遠鏡で Rossiter効果が検出できた OGLE惑星は非常に暗いため8m級望遠鏡でも無理  TrES-1 V=11.8 K0V （Alonso et al. 2004） 2004年8月にKeck/HIRESでconfirmされた Transit中の視線速度は1点しか観測されていない TrES-1でRossiter効果は見えるか？検出可能性の検討手順 1. 視線速度の決定精度の見積り 2. 視線速度のずれの予想曲線の作成 3. 予想曲線のまわりに視線速度の決定精度にあわせてサンプルデータを散らばせる 4. そのデータをフィットし、パラメータの決定精度を調べる TrES-1でRossiter効果は見えるか？視線速度の決定精度は？ HDS/Exposure Time Calculatorで計算       V=11.8 Std I2a 露光時間 10分 seeing 0.8 arcsec slit width 0.8 arcsec without ADC / IMR SN 80～100が得られることがわかった視線速度の決定精度にして～7ms-1 TrES-1でRossiter効果は見えるか？予想される視線速度のずれは？ Ohta, Taruya & Suto (2005) の公式を用いた自転速度などを仮定して「true anomaly」を作成    V sin Is = 2 km s-1 （K0V:Noyes et al. 1984） ε= 0.64 , λ= 0 その他は観測値を使用このtrue anomalyのまわりにガウシアン乱数で simulated dataを散らばせた結果１．サンプルのフィット青破線：true anomaly 赤点：simulated data 誤差棒：7 m s-1 黒実線：χ2 最小フィット視線速度の決定精度が高く Rossiter効果によるずれを 12分に1つのサンプル検出することが可能結果２．パラメータへの制限青×：仮定した真の値赤＋：χ2 最小のパラメータ赤実線：1σおよび2σ V sin Is ：1.93 ± 0.30 km s-1 λ：3 ± 20 deg HD209458での観測例と同等以上の決定精度検討結果のまとめ • すばる/HDSでの1晩の観測で、TrES-1のRossiter 効果の検出は十分に期待できる • 非対称性などを見るには理論曲線の精度を上げることも必要（Rossiter効果は理論曲線からのずれ） • 一般にV<12 程度の明るさを持つ恒星のまわりに、ホットジュピターのTransitが観測できれば、現在の地上観測機器でRossiter効果の確認は十分可能観測から得られる結果の可能性 • よくalignしているという結果  惑星形成はflatな円盤内で起こるという確認 • λ= 0から大きくずれていた場合  ふたつめの惑星の可能性（本当はalignしている）  migrationの過程で公転面に大きな傾きが生じた Transit惑星のRossiter効果を見ることにより、惑星形成理論の前提として考えていることが正しいのかあるいは何らかの見落としがあるのかひとつの観測事実を与えることができる観測の意義系外惑星系の発見が教えてくれたこと惑星系の多様性 → 太陽系は「標準」ではない予想通りの結果が得られるかもしれないあるいは思いがけない発見があるかもしれない他の惑星系の姿を観測することで、統一的な惑星形成理論への知見が得られる