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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
ロシター効果
恒星
惑星
近づく側を隠す
→ 遠ざかって見える
惑星
遠ざかる側を隠す
→ 近づいて見える
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)
ロシター効果の観測量
恒星の自転軸
惑星の公転軸
惑星
惑星の公転面
恒星
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
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
系外惑星の離心率分布
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
惑星散乱と古在効果による予言
0
30
60
90
120
150
180 度
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
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)
ロシター効果の観測例

HD209458
Queloz et al. 2000, Winn et al. 2005

HD189733
Winn et al. 2006

TrES-1
Narita et al. 2007

HAT-P-2
Winn et al. 2007, Loeillet et al. 2008

HD149026
Wolf et al. 2007

HD17156
Narita et al. 2008

TrES-2
Winn et al. 2008

CoRoT-Exo-2 Bouchy et al. 2008

XO-3
Hebrard et al. 2008

HAT-P-1
Johnson et al. 2008

WASP-14
Joshi et al. 2008
blue: binary
red: eccentric
green: our team
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
HD17156の観測結果
red circle: OAO, triangle: Subaru, square: Keck
Narita et al. (2008)
HD17156bのロシター効果
今後の追試が必要
XO-3の観測結果
Hebrard et al. (2008)
XO-3bのロシター効果
こちらも今後の追試が必要
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
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？
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
トランジット惑星の大気吸収探索
主星
主星の光
惑星および
外層大気
主星元素の
吸収線
惑星大気による
追加吸収
トランジット中と外のスペクトルを比較して惑星大気吸収を探す
初期の理論予想
-1.47% (base)
-1.53% (base)
-1.70%
(peak)
Seager & Sasselov (2000)
-1.71% (peak)
Brown (2001)
トランジット中の大気吸収スペクトル予想 (R～3000)
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
in transit
out of transit
Charbonneau et al. 2002
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

Subaru/HDS Narita et al. (2005)
Moutou et al. (2001)
< 1%
< 0.2%
地上での検出は難しいと考えられていた
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
HD189733bの大気吸収
Redfield et al. (2008)
HD209458bの大気吸収
Snellen et al. (2008)
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
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
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
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
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)
astro-combの出力
Li et al. (2008)
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
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
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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