天文学概論(第6回)  系外惑星 1∼異形の惑星たち∼東京工業大学 佐々木貴教
系外惑星 1   ∼異形の惑星たち∼・太陽系外惑星発見の歴史・系外惑星の観測手法(直接&間接)・有名な系外惑星の紹介次回:系外惑星 2 ∼「第2の地球」へ向けて∼ ・系外惑星の統計データ ・太陽系形成論から汎惑星形成論へ ・生命を宿す惑星の発見...
太陽系外惑星発見の歴史
太陽系外惑星が見つからない1940∼60年代: 白鳥座61番星のまわりに惑星発見? → 間違い バーナード星のまわりに2つの惑星発見? → 間違い                     1989年: アメリカの観測チーム「惑星は検出できなかっ...
ところが・・・1995年10月Mayor & Queloz (スイスの観測チーム)人類初の系外惑星検出!ペガサス座51番星の周りに Hot Jupiter が存在!
人類初の系外惑星発見までCambell & Walker (カナダチーム:不運)・1978年に現在主流の観測手法のアイデアを提案・21個の恒星を観測するが、惑星は検出できず (※巨大惑星の検出確率は5%程度)・21個のうち2個には、その後惑星が...
人類初の系外惑星発見までMarcy & Butler (アメリカチーム:本命)・7年間にわたり60個の恒星を調査・しかし、データ解析を進めていなかった! (※太陽系の先入観:木星の公転周期12年)・データ解析後、半年間で4個の惑星を次々と発見M...
太陽系外惑星が続々と見つかる 2011年10月31日現在 約700個の系外惑星を発見!
異形の惑星たち(1)            木星     地球より内側の軌道に地球     木星を超える巨大惑星
Hot Jupiter                      灼熱の惑星中心星の熱で高温になり大気が膨張・流出している
異形の惑星たち(2)      軌道離心率が高い惑星が多い     (楕円軌道を描く惑星が多い)             木星地球
Eccentric Planet              楕円軌道極暑・極寒を繰り返す
異形の惑星たち(3) Super Earth        惑星質量が地球の         数倍∼10倍        程度の地球型惑星               地球
系外惑星の観測手法
直接撮像     惑星と中心星の光を分離し、惑星を直接撮像する     コロナグラフ:中心星の部分だけを隠す     補償光学 (AO):大気による画像の揺らぎを補正     コロナグラフなし   コロナグラフあり   は約100億倍にも達する...
直接撮像成功!HR 8799              GJ 758
間接法1:アストロメトリ法恒星と惑星は共に共通重心の周りを回っている → 恒星の重心からのずれを観測地上望遠鏡による検出は極めて困難
間接法2:視線速度法恒星が観測者に近づいたり遠ざかったりする → ドップラー効果によって   星の色が周期的に変化 → 恒星の速度の変化を観測惑星質量の下限値のみが決定中心星に近く質量の大きい惑星ほど発見しやすい(選択効果)
1995年 初めての系外惑星発見                        199551 Pegasi b                               46              この後最も多くの系外惑星が       ...
間接法3:トランジット法惑星が恒星の前を通過する際に明るさが変化する → 周期的な明るさの変化(恒星食)を観測惑星の正確な質量が求まる → 惑星の密度が求まる分光観測から惑星の大気成分が検出可能惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い
Secondary Eclipse惑星が恒星の後ろを通過する際に明るさが変化する → 分光観測により惑星の特徴を観測 わかること惑星の大気成分惑星の昼側の温度惑星の温度分布惑星の熱輸送効率惑星の軌道離心率
トランジット法による観測例HAT-P-7b
間接法4:重力レンズ法天体の周りでは空間が歪み、光の経路が曲がる → ある恒星の前を別の恒星(惑星)が横切ると   背後の恒星の光が増光される → 惑星による背後の恒星の光の増光を観測軌道半径1 3AUにある小さな惑星が検出可能 検出確率は低い...
重力レンズ法による観測例OGLE-2005-BLG-390
間接法の種類と特徴のまとめ   名称         方法         特徴アストロメトリ法 恒星の位置のずれ 地上からは難しい 視線速度法                これまでで最も           恒星の動きの速さ(ドップラー法)...
有名な系外惑星の紹介
51 Pegasi b1995年10月人類史上初の系外惑星発見発見者:M. Mayor & D. Queloz軌道長半径=0.052AU公転周期=4.23077日地球からの距離=約50光年典型的な Hot Jupiter
Fomalhaut2004年 & 2006年 史上初の系外惑星直接撮像惑星より外側の軌道に塵の円盤が観測されている
HD 209458b初めてトランジットが観測された系外惑星初めて大気成分が観測された 下層部:ナトリウム 上層部:水素・炭素・酸素表面温度も観測:約1200℃2009年10月 水・メタン・二酸化炭素の 存在も確認された
HD 189733b史上初の系外惑星の 地図(表面温度分布図)を得た大気中に初めて水・メタンの存在が示唆された
HD 149026bすばる望遠鏡を用いて佐藤文衛らによって発見巨大な中心核を持つガス惑星        木星(地球の67倍の質量)標準的な惑星形成論では地球の10倍以上の質量の核を持つことは難しい表面温度は約2300Kと過去の観測で最も高温
Gliese 581Habitable Zone               b:17M地球          g  f c:5M地球               d:8M地球               e:2M地球Gliese 581g: ...
Gliese 876様々な質量の惑星から成る系  b:2.28M木星  c:0.71M木星  d:0.021M木星  e:0.046M木星Gliese 876d:太陽系外における初の地球型惑星発見?
Kepler-10b地球のわずか1.4倍の半径を持つ岩石惑星これまでに見つかった惑星の中で最小主星に近い軌道のため表面温度はおよそ1600K
Kepler-11中心星の近くに6つの惑星が密集     b:0.014M木星TTVにより惑星の質量が決定      c:0.043M木星主に岩石とガス(と水)からなる     d:0.019M木星                    e:0...
Kepler-16b2011年9月16日発表2つの中心星を持つ「周連星惑星」を初めて発見                 A:0.69M太陽                 B:0.20M太陽                 b:0.33M木星...
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  1. 1. 天文学概論(第6回) 系外惑星 1∼異形の惑星たち∼東京工業大学 佐々木貴教
  2. 2. 系外惑星 1 ∼異形の惑星たち∼・太陽系外惑星発見の歴史・系外惑星の観測手法(直接&間接)・有名な系外惑星の紹介次回:系外惑星 2 ∼「第2の地球」へ向けて∼ ・系外惑星の統計データ ・太陽系形成論から汎惑星形成論へ ・生命を宿す惑星の発見へ向けて
  3. 3. 太陽系外惑星発見の歴史
  4. 4. 太陽系外惑星が見つからない1940∼60年代: 白鳥座61番星のまわりに惑星発見? → 間違い バーナード星のまわりに2つの惑星発見? → 間違い   1989年: アメリカの観測チーム「惑星は検出できなかった」1993年: ニュージーランドの観測チーム「惑星は検出できなかった」1995年2月:論文「太陽系は特殊で奇跡的な惑星系である」1995年8月:論文「太陽系以外に惑星は存在せず」
  5. 5. ところが・・・1995年10月Mayor & Queloz (スイスの観測チーム)人類初の系外惑星検出!ペガサス座51番星の周りに Hot Jupiter が存在!
  6. 6. 人類初の系外惑星発見までCambell & Walker (カナダチーム:不運)・1978年に現在主流の観測手法のアイデアを提案・21個の恒星を観測するが、惑星は検出できず (※巨大惑星の検出確率は5%程度)・21個のうち2個には、その後惑星が検出された・別途報告した連星でも、その後惑星が検出されたLatham (アメリカチーム:やはり不運)・1989年に恒星の周りを回る天体を検出・その後質量が決定、惑星としてカウントされた
  7. 7. 人類初の系外惑星発見までMarcy & Butler (アメリカチーム:本命)・7年間にわたり60個の恒星を調査・しかし、データ解析を進めていなかった! (※太陽系の先入観:木星の公転周期12年)・データ解析後、半年間で4個の惑星を次々と発見Mayor & Queloz (スイスチーム:ダークホース)・1994年4月:惑星探しプロジェクト開始・1994年9月:最初にペガサス座51番星を観測・1995年7月:再観測を行い惑星発見を確定
  8. 8. 太陽系外惑星が続々と見つかる 2011年10月31日現在 約700個の系外惑星を発見!
  9. 9. 異形の惑星たち(1) 木星 地球より内側の軌道に地球 木星を超える巨大惑星
  10. 10. Hot Jupiter 灼熱の惑星中心星の熱で高温になり大気が膨張・流出している
  11. 11. 異形の惑星たち(2) 軌道離心率が高い惑星が多い (楕円軌道を描く惑星が多い) 木星地球
  12. 12. Eccentric Planet 楕円軌道極暑・極寒を繰り返す
  13. 13. 異形の惑星たち(3) Super Earth 惑星質量が地球の 数倍∼10倍 程度の地球型惑星 地球
  14. 14. 系外惑星の観測手法
  15. 15. 直接撮像 惑星と中心星の光を分離し、惑星を直接撮像する コロナグラフ:中心星の部分だけを隠す 補償光学 (AO):大気による画像の揺らぎを補正 コロナグラフなし コロナグラフあり は約100億倍にも達する。中間赤外より 長波長では惑星自体の熱放射のため両者 の明るさの比は多少緩和されるが、それム層 でも約1000万倍となる。  地上観測の最大の障壁は地球大気の揺 らぎが起こすかげろうである。現在、すば る望遠鏡などの口径8∼10m級の地上大 望遠鏡では、大気揺らぎを時々刻々と補ザー 正する補償光学や、明るい恒星を隠すコ コロナグラフ ロナグラフなどを用いて、 年齢の若い巨大 補償光学 惑星の検出などが試みられている(図 )。
  16. 16. 直接撮像成功!HR 8799 GJ 758
  17. 17. 間接法1:アストロメトリ法恒星と惑星は共に共通重心の周りを回っている → 恒星の重心からのずれを観測地上望遠鏡による検出は極めて困難
  18. 18. 間接法2:視線速度法恒星が観測者に近づいたり遠ざかったりする → ドップラー効果によって   星の色が周期的に変化 → 恒星の速度の変化を観測惑星質量の下限値のみが決定中心星に近く質量の大きい惑星ほど発見しやすい(選択効果)
  19. 19. 1995年 初めての系外惑星発見 199551 Pegasi b 46 この後最も多くの系外惑星が 本手法で発見されている
  20. 20. 間接法3:トランジット法惑星が恒星の前を通過する際に明るさが変化する → 周期的な明るさの変化(恒星食)を観測惑星の正確な質量が求まる → 惑星の密度が求まる分光観測から惑星の大気成分が検出可能惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い
  21. 21. Secondary Eclipse惑星が恒星の後ろを通過する際に明るさが変化する → 分光観測により惑星の特徴を観測 わかること惑星の大気成分惑星の昼側の温度惑星の温度分布惑星の熱輸送効率惑星の軌道離心率
  22. 22. トランジット法による観測例HAT-P-7b
  23. 23. 間接法4:重力レンズ法天体の周りでは空間が歪み、光の経路が曲がる → ある恒星の前を別の恒星(惑星)が横切ると   背後の恒星の光が増光される → 惑星による背後の恒星の光の増光を観測軌道半径1 3AUにある小さな惑星が検出可能 検出確率は低い 観測は1回きり
  24. 24. 重力レンズ法による観測例OGLE-2005-BLG-390
  25. 25. 間接法の種類と特徴のまとめ 名称 方法 特徴アストロメトリ法 恒星の位置のずれ 地上からは難しい 視線速度法 これまでで最も 恒星の動きの速さ(ドップラー法) 多数の惑星を発見 惑星による 惑星の密度やトランジット法 恒星の食 大気成分が求まる 惑星重力による 検出確率小、 重力レンズ法 空間の歪み 軌道半径1~3AU
  26. 26. 有名な系外惑星の紹介
  27. 27. 51 Pegasi b1995年10月人類史上初の系外惑星発見発見者:M. Mayor & D. Queloz軌道長半径=0.052AU公転周期=4.23077日地球からの距離=約50光年典型的な Hot Jupiter
  28. 28. Fomalhaut2004年 & 2006年 史上初の系外惑星直接撮像惑星より外側の軌道に塵の円盤が観測されている
  29. 29. HD 209458b初めてトランジットが観測された系外惑星初めて大気成分が観測された 下層部:ナトリウム 上層部:水素・炭素・酸素表面温度も観測:約1200℃2009年10月 水・メタン・二酸化炭素の 存在も確認された
  30. 30. HD 189733b史上初の系外惑星の 地図(表面温度分布図)を得た大気中に初めて水・メタンの存在が示唆された
  31. 31. HD 149026bすばる望遠鏡を用いて佐藤文衛らによって発見巨大な中心核を持つガス惑星 木星(地球の67倍の質量)標準的な惑星形成論では地球の10倍以上の質量の核を持つことは難しい表面温度は約2300Kと過去の観測で最も高温
  32. 32. Gliese 581Habitable Zone b:17M地球 g f c:5M地球 d:8M地球 e:2M地球Gliese 581g: f:7M地球生命を宿す惑星発見!? g:3M地球
  33. 33. Gliese 876様々な質量の惑星から成る系 b:2.28M木星 c:0.71M木星 d:0.021M木星 e:0.046M木星Gliese 876d:太陽系外における初の地球型惑星発見?
  34. 34. Kepler-10b地球のわずか1.4倍の半径を持つ岩石惑星これまでに見つかった惑星の中で最小主星に近い軌道のため表面温度はおよそ1600K
  35. 35. Kepler-11中心星の近くに6つの惑星が密集 b:0.014M木星TTVにより惑星の質量が決定 c:0.043M木星主に岩石とガス(と水)からなる d:0.019M木星 e:0.026M木星 f:0.007M木星 g:<0.95M木星
  36. 36. Kepler-16b2011年9月16日発表2つの中心星を持つ「周連星惑星」を初めて発見 A:0.69M太陽 B:0.20M太陽 b:0.33M木星 (c) Star Wars

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