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20111102
- 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. 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
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- 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. 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. 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. 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
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- 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. 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. 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. Eccentric Planet 楕円軌道 極暑・極寒を繰り返す
- 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
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- 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. 直接撮像成功！ HR 8799 GJ 758
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- 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. 1995年 初めての系外惑星発見 1995 51 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. 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. 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
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- 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
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- 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
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- 27. 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
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- 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. Gliese 581 Habitable 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. 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？
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- 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. Kepler-16b 2011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