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 ∼汎惑星形成論∼
・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
太陽系外惑星発見の歴史
1940∼60年代:
 白鳥座61番星のまわりに惑星発見?
 バーナード星のまわりに2つの惑星発見?
1989年:
 アメリカの観測チーム「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」
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8月:論文「太陽系以外に惑星は存在せず」
→ 間違い
   → 間違い
太陽系外惑星が見つからない
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!
1995年10月
ところが・・・
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
人類初の系外惑星発見まで
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
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
人類初の系外惑星発見まで
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
2010年10月24日現在
約500個の系外惑星を発見!
太陽系外惑星が続々と見つかる
木星
地球
地球より内側の軌道に
木星を超える巨大惑星
異形の惑星たち(1)
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
Hot Jupiter
木星
地球
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)
異形の惑星たち(2)
極暑・極寒を繰り返す
楕円軌道
Eccentric Planet
地球
惑星質量が地球の
数倍∼10倍
程度の地球型惑星
異形の惑星たち(3)
Super Earth
系外惑星の観測手法
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
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 補償光学
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
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
正する補償光学や、明るい恒星を隠すコ
ロナグラフなどを用いて、年齢の若い巨大
惑星の検出などが試みられている(図 )。
ム層
コロナグラフなし コロナグラフあり
ザー
直接撮像
HR 8799
直接撮像成功!
GJ 758
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1:アストロメトリ法
2009年5月
 恒星 VB 10 の周りに
 恒星と同サイズの惑星検出
恒星 VB 10:
 太陽質量の12分の1
惑星 VB 10b:
 木星質量の6倍
アストロメトリ法成功?
追観測では惑星は検出できず
 → 現在も論争中
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
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)
惑星質量の下限値のみが決定
間接法2:視線速度法
46
1995年!
この後最も多くの系外惑星が
本手法で発見されている
51 Pegasi b
1995年 初めての系外惑星発見
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
惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い
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
間接法3:トランジット法
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
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
わかること
Secondary Eclipse
HAT-P-7b
トランジット法による観測例
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
検出確率は低い
観測は1回きり
軌道半径1 3AUにある
小さな惑星が検出可能
間接法4:重力レンズ法
OGLE-2005-BLG-390
重力レンズ法による観測例
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
(ドップラー法)
恒星の動きの速さ
これまでで最も
多数の惑星を発見
トランジット法
惑星による
恒星の食
惑星の密度や
大気成分が求まる
重力レンズ法
惑星重力による
空間の歪み
検出確率小、
軌道半径1~3AU
間接法の種類と特徴のまとめ
直接撮像
視線速度法
トランジット法
重力レンズ法
パルサータイミング法
(2010年10月3日現在)
手法ごとの惑星発見数
有名な系外惑星の紹介
51 Pegasi b
1995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
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
b:17M地球
c:5M地球
d:8M地球
e:2M地球
Habitable Zone
fg
Gliese 581g はハビタブル・プラネットかも!?
質量は地球の3倍程度 → 「第二の地球」??
Gliese 581
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?
COROT-7b
2009年9月に確認
初めての系外地球型惑星
(初めての Super Earth)
直径:1.7R地球
質量:4.8M地球
最も小さな系外惑星
表面温度は約1000℃と
高く生命は期待できない
COROT-7b
木星
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
(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2300℃と
過去の観測で最も高温
Fomalhaut
2004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
OGLE-2005-BLG-390Lb
中心星から遠いところを回り
表面温度はマイナス220℃
その他
Coku Tau/4
最も若い惑星系(約100万年)
SWEEPS-10
公転周期わずか10時間
レポート
❖ 太陽系外惑星の観測手法をひとつ選び、その長所と短所を
まとめよ
❖ A4用紙(枚数は問わない)
❖ 次回の講義の最初に回収
❖ 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
連絡先
❖ Sasaki Takanori Online:http://sasakitakanori.com
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❖ メール:takanori@geo.titech.ac.jp
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20101027