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    20131106 20131106 Presentation Transcript

    • 天文学概論(第7回) 系外惑星 2 ∼「第二の地球」へ向けて∼ 東京工業大学 佐々木貴教
    • 系外惑星 2 ∼「第二の地球」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
    • 系外惑星の統計データ
    • 発見数 系外惑星の発見数の変化 発見年
    • 発見されている系外惑星の特徴
    • 手法ごとの発見されている惑星の特徴 Mj 視線速度法 トランジット法 AU 重力レンズ法 直接撮像
    • 惑星が発見されている恒星の特徴
    • 系外惑星のデータを調べる ・The Extrasolar Planets Encyclopaedia http://exoplanet.eu ・Exoplanet Oribit Database http://exoplanets.org ・Exoplanet for iPhone/iPad/iPod touch
    • 太陽系形成論から 汎惑星形成論へ
    • 太陽系形成標準理論(林モデル) 巨大氷惑星形成 ©Newton Press
    • バラエティに富む系外惑星系 標準的な惑星形成シナリオによって説明可能か?
    • 惑星系の多様性を生み出す要素 ・原始惑星系円盤の質量の違い   → ガス惑星の個数や位置の違いを生む? ・形成中の惑星の中心星方向への落下 (タイプ I 惑星落下 & タイプ II 惑星落下)   → 最終的な惑星の位置の違いを生む? ・惑星の移動に伴う惑星系の変化   → より多様な惑星系が形成される? ・軌道不安定による惑星系の変化   → 長い時間をかけて異なる惑星系へ移行?
    • 多様な原始惑星系円盤 15 太陽系復元円盤 12 発 見 数 9 牡牛座 へびつかい座 6 3 0.0001 0.0001 0.001 0.01 0.1 0.001 0.01 0.1 円盤の質量 [太陽質量] 1 0 1.0 宇宙には様々な質量を持つ原始惑星系円盤が存在  → 円盤の質量の違いが多様な惑星系を生み出す!?
    • random velocity of planetesimals is pumped up as high as the escape velocity of protoplanets. This high random velocity makes the accretion process slow and inefficient and thus Tgrow longer. This accretion inefficiency is a severe problem On the ot in circular o HD 192263 with Æ1 e1 for in situ f case. It is di slingshot m circular orb the magneti may be wea disks may b 多様な円盤から生まれる多様な惑星 原始惑星系円盤の質量 Mdisk T cont <Tdisk Tgrow<Tdisk Terrestria Jovian plan planetary a key process systems. We confir holds in Æsolid ¼ Æ1 ð a ¼ 1=2; 3= 軌道長半径 (中心星からの距離) tions. We d Fig. 13.—Schematic illustration of the diversity of planetary systems systems dep against the initial disk mass for < 2. The left large circles stand for central disk profile stars. The double circles (cores with envelopes) are Jovian planets, and the 円盤の質量の違い → ガス惑星の数と位置の違い time growth others are terrestrial and Uranian planets. [See the electronic edition of the
    • タイプ I 惑星落下 月質量∼10地球質量の天体に効くメカニズム 天体が円盤に立てた密度波により角運動量を失う
    • タイプ II 惑星落下 10地球質量以上の天体に効くメカニズム 天体が円盤に溝を作り円盤とともに中心星に落下
    • 理論的に予想される惑星の多様性 Hot Jupiter 惑星の質量 [ME] 巨大ガス惑星 巨大氷惑星 地球型惑星 軌道長半径 [AU]
    • earing continues through scattering. After 00 million years the inner disk is composed the collection of planetesimals at 0.06 AU, a M] planet at 0.12 AU, the hot Jupiter at 0.21 U, and a 3 M] planet at 0.91 AU. Previous sults have shown that these planets are likely be stable for billion-year time scales (15). Many bodies remain in the outer disk, and ac- orbital time scales and high inclinations. Two of the four simulations from Fig. 2 contain a 90.3 M] planet on a low-eccentricity orbit in the habitable zone, where the temperature is adequate for water to exist as liquid on a planet_s surface (23). We adopt 0.3 M] as a lower limit for habitability, including long-term climate stabilization via plate tectonics (24). three categories: (i) hot Earth analogs interior to the giant planet; (ii) Bnormal[ terrestrial planets between the giant planet and 2.5 AU; and (iii) outer planets beyond 2.5 AU, whose accretion has not completed by the end of the simulation. Properties of simulated planets are segregated (Table 1): hot Earths have very low eccentricities and inclinations and high masses because 巨大惑星の移動に伴う惑星系の変化 g. 1. Snapshots in time of the evolution of one simulation. Each panel ots the orbital eccentricity versus semimajor axis for each surviving body. he size of each body is proportional to its physical size (except for the ant planet, shown in black). The vertical ‘‘error bars’’ represent the sine 巨大惑星が落下する際に 周囲の原始惑星の軌道を 大きくかき乱す they accrete on the migration time scale (105 years), so there is a large amount of damping during their formation. These planets are remi- 多様な惑星系形成 of each body’s inclination on the y-axis scale. The color of each dot corresponds to its water content (as per the color bar), and the dark inner dot represents the relative size of its iron core. For scale, the Earth’s water content is roughly 10j3 (28). niscent of the recently discovered, close-in 7.5 M] planet around GJ 876 (25), whose formation is also attributed to migrating resonances (26).
    • Weidenschilling &,Marzari (1996),,Lin,& 軌道不安定による惑星系の変化 a a GM * a1 final e (t >~ 1My) 惑星間の重力の影響が , 積み重なって最終的に . . 互いの軌道が不安定化 . ↓ . GM * a2 異なる惑星系へ GM * GM * GM * a3 a a Eccentric Planet の起源?
    • 惑星系の多様性を生み出す要素 ・原始惑星系円盤の質量の違い   → ガス惑星の個数や位置の違いを生む? ・形成中の惑星の中心星方向への落下 (タイプ I 惑星落下 & タイプ II 惑星落下)   → 最終的な惑星の位置の違いを生む? ・惑星の移動に伴う惑星系の変化   → より多様な惑星系が形成される? ・軌道不安定による惑星系の変化   → 長い時間をかけて異なる惑星系へ移行?
    • おまけ:重力不安定による惑星形成 原始惑星系円盤から直接ガス惑星が形成される可能性
    • 生命を宿す惑星の発見へ向けて
    • 宇宙は地球であふれてる!? 理論計算 観測 地球型惑星が大量に存在していることを示唆 恒星の 23% が 0.5∼2.0 M地球 の惑星を持つ!?
    • ケプラー宇宙望遠鏡 2009年3月に打ち上げ トランジット観測により主に系外地球型惑星を探索
    • 宇宙は地球であふれてる! 海王星サイズ スーパーアースサイズ 地球サイズ 木星サイズ それ以上
    • ケプラー宇宙望遠鏡の成果まとめ ・2,658個の星の周りに3,553個の惑星候補を発見 ・600個以上が地球以下のサイズの惑星 ・104個がハビタブルゾーン内に存在  (そのうち24個は地球半径の2倍以下) ・22%の星が複数の惑星を持つ ・地球半径の3倍以下の惑星の存在度は同程度 ・主系列星の17%は短周期地球型惑星を持つ ・主系列星の70%以上は惑星を持つ ・M型星の50%が地球半径の2倍以下でハビタブル  ゾーンに存在する惑星を持つ
    • 宇宙は地球であふれてる!
    • 生命存在条件 生命の定義 (1) 自己と外界を区別する膜を持つこと (2) 代謝をすること (3) 自己複製をすること このような特徴を持った「生命」 が生まれるための必要条件 惑星の表面に液体の水が存在すること これを便宜的に惑星科学における生命存在条件とする
    • Habitable Zone(生命居住可能領域) *軌道半径* 液体の水が存在できる温度 中心星の明るさによる * 惑星質量* 重力で大気が保持できる ガス惑星にまで成長しない 地球質量の1/3∼3倍程度 *惑星大気* 温室効果が適度に効く 水や二酸化炭素の量による 太陽型星の周りの Habitable Zone
    • 様々な Habitable Planet (Satellite)
    • バイオマーカー(生物存在の証拠) 生物活動によって作られたと考えられる物質 (酸素、オゾン、植物の葉緑体、核爆発、、、) 大気にオゾンの吸収線を検出       ↓ 下層大気に大量の酸素が存在       ↓ 光合成を行う生命が存在!? 系外地球型惑星の超精密測光 超精密分光観測が必要
    • 「第二の地球」の発見へ向けて ・1995年 巨大ガス惑星の発見 ・2002年 惑星大気の観測 ・2005年 惑星赤外線輻射(惑星の温度)の検出 ・2007年 Super-Earth系の発見 ・2008年 惑星の直接撮像 ・2010年 地球型惑星・Habitable Planet の発見 ・20xx年 系外惑星リング・衛星の発見 ・20xx年 地球型惑星の直接検出(測光&分光) ・20xx年 地球型惑星の大気・バイオマーカー同定 ・20xx年 地球外生命の発見!
    • フェルミのパラドックス Where are they? 地球に似た惑星は恒星系の中で 典型的に形成されうる = 地球外文明はたくさんある? これまで地球外文明との接触の エンリコ・フェルミ 証拠は皆無である = 地球外文明は存在しない? (1901-1954) 天文学・生物学・数学・宇宙生物学等を巻き込む議論
    • 今後のスケジュール 11/13 橋本 銀河系・近傍銀河(1) 11/20 橋本 銀河系・近傍銀河(2) 11/27 高梨 超新星・宇宙論(1) 12/4 高梨 超新星・宇宙論(2) 12/11 本田 天体観測 12/18 堀 初期宇宙と構造形成(1) 1/8 堀 初期宇宙と構造形成(2) 1/15 佐々木 全体のまとめ
    • レポート ❖ ハビタブルプラネット についてまとめる ❖ レポートボックスに提出 〆切:11/21(木)17:00 ❖ A4用紙(枚数は問わない) ❖ 所属学科・学年・学籍番号・氏名を明記 ❖ 返却できない可能性が高いので、必要な場合は コピーを手元に残しておいてください
    • レポートでまとめてもらう内容 ❖ ハビタブルプラネットとは (どんな種類の惑星が考えられるか?) ❖ ハビタブルプラネットの形成過程 (中心星形成から地球型惑星形成までを追う) ❖ ハビタブルプラネットの観測手法 (どの手法を用いて何を観測すればよいか?) ❖ ハビタブルプラネットへの想い(自由に)