多色トランジット観測による	  ウォームジュピターWASP-­‐80bの	  大気調査	福井暁彦	  国立天文台・岡山天体物理観測所	  	  共同研究者	  （PEaCH・観測）成田憲保、平野照幸、鬼塚昌宏、川内紀代恵、	  馬場はるか、笠嗣瑠	  （PEaCH・理論）川島由依、生駒大洋、堀安範、黒崎健二	  （論文共著者）板由房、小野里宏樹、西山正吾、永山貴宏、	  田村元秀、河合誠之、黒田大介、長山省吾、	  太田耕司、清水康弘、柳澤顕史、吉田道利、泉浦秀行	  2014年8月11日	  2014年度岡山（光赤外）ユーザーズミーティング	波長ごとの	  トランジット光度曲線	

トランジット惑星の大気観測	

主星	
観測者	
トランジット惑星	星の明るさ	

惑星大気	

惑星半径	

スーパーアースGJ1214bのトランジット・スペクトル	

時間	
800	

900	

波長	  [nm]	

1,000	

Bean	  et	  al.	  2010,	  Nature	

トランジット・スペクトルから大気組成を制限可能	  ⇒ 系外惑星の大気環境、惑星形成論、ハビタビリティ	ホットジュピターの大気成分の検出例	
• 可視域：アルカリ金属（Na,	  K）、水素分子によるレイリー散乱	  • 近赤外域：水やメタン、COなどの分子	  近赤外域	  可視域	  Rayleigh	  scaCering	  by	  H2	HD209458b	

Na	Lecavelier	  des	  Etangs+	  2008	

H2O	
Deming+	  2013	雲/ヘイズ	• 惑星大気に雲（凝縮粒子）やヘイズ（霞）が存在すると、トランジット・スペクトルの特徴がなまる	  • 実際に、なまった（あるいはフラットな）スペクトルを©NASA	
もつトランジット惑星が幾つも発見	  ⇒	  大気組成を調べる上で、雲/ヘイズの理解は必須	
ホットジュピターHD189733b	

ヘイズ大気		  800	 	  1000		  600		  	  	  Wavelength	  [nm]	
Pont+	  2008	

スーパーアースGJ1214b	

厚い雲大気	

Kreidberg+	  2014	タイタン	

ソリンヘイズ	• 低温の大気では、ソリンヘイズ（炭化水素高分子）が生成する可能性	  ©NASA	– タイタンや天王星などに存在	  – メタンの光化学反応を介して生成	  UV	– メタンは1,000K以下で安定に存在	  モル比	CH4	

CO	CH4		  	  	  温度[K]	

photo-­‐	  dissocia]on	

CO2	Moses+	  2013	

これまでに大気が調査されたトランジット惑星の多くは、1,000K以上の灼熱惑星	  C2H2,	  C2H4,	  C6H6,	  …	hydrocarbon	  polymer	  (tholin)	  	planet	WASP-­‐80b	
• 明るいK/M型星を周るトランジット巨大惑星	  質量 [木星質量]	 0.55	
半径 [木星半径]	 0.95	
公転周期 [日]	

– 2013年に発見	  (Triaud+	  2013)	  • 平衡温度が800K以下の「ウォームジュピター」	  – これまで大気調査されたトランジット巨大惑星の中で最も低温	  • トランジット減光率が大きい	  – ~2.9%、史上2番目	  • 主星の活動性が高い	  ソリンヘイズの存在条件を調べる上で恰好のターゲット	

3.1	

先行研究	
• チリの2台の望遠鏡（ESO2.2m/GROND、1.54m	  Danish）を用いて、可視+近赤外で8色同時にトランジットを観測 (Mancini+	  2014)	  • 観測されたスペクトルはフラットライン（雲モデル）とも太陽組成大気とも一致	  ⇒	  何の制限も得られていない	• 高精度な近赤外観測が欠如	  太陽組成	

Mancini+	  2014	

岡山およびIRSFにおける観測	

188cm	  &	  50cm	  @OAO	
• 188cm/ISLE	  @OAO	  1.4m	  IRSF	  @SAAO	– 近赤外1バンド（J,	  H,	  or	  Ks）	  – 2回のトランジットを観測（Jバンド）	  • 50cm	  MITSuME	  @OAO	  • 1.4m	  IRSF/SIRIUS	  @SAAO	  – 近赤外3バンド（J,	  H,	  Ks）同時撮像	  – 3回のトランジットを観測	  – 可視3バンド（g’,	  Rc,	  Ic）同時撮像	  – 188cm/ISLEと同時に使用して、2回のトランジットを観測	  IRSFで得られたトランジット光度曲線	
2013	  Jul.	  16	2013	  Aug.	  22	2013	  Oct.	  7	

• 積分時間：10秒（7/16,	  10/7） or	  15秒（8/22）	  • デフォーカス、星像位置固定ソフトを使用して観測	  • 測光精度：0.15%（H）、0.20%（J,	  Ks）	  観測して頂いた方々：	  鬼塚昌宏さん（7/16）、西山正吾さん（8/22）、板由房さん・小野里宏樹さん（10/7）	

岡山観測所で得られたトランジット光度曲線	
2013	  Aug.	  13	2013	  Sep.	  22	50cm	  MITSuME	
50cm	  MITSuME	
50cm	  MITSuME	
188cm/ISLE	• 露光時間：45秒（ISLE）	  or	  30秒（MITSuME）	  • デフォーカス、オートガイド（ISLE）もしくは星像位置固定ソフト（MITSuME）を使用して観測	  • 測光精度：0.86%（g’）、0.42%（Rc）、0.40%（Ic）、0.16%（J）	  WASP-­‐80bのトランジット・スペクトル	

Fukui	  et	  al.,	  2014,	  ApJ,	  790,	  108	  結果	• 晴れた太陽組成モデル、厚い雲モデルとも、1.7σで一致⇒	  棄却できず	  可視	近赤外	

一方、	• 可視域	  (λ<1μm)	  の惑星半径が近赤外域に比べて平均的に約1%大きい（2.9σ）	  – 可視域で大気が不透明⇒ヘイズが存在している可能性	  • ヘイズモデルと良い一致（1.0σ）	  – ヘイズ（タイタンに存在するソリンの粒子サイズや吸収係数を仮定）を太陽組成大気に加味した理論モデルを作成	  • もしソリンであれば、理論的な予測と一致	  – 今後、すばる望遠鏡などを用いた詳細観測が必要	  MuSCAT	• 50cm	  MITSuME望遠鏡の3色カメラでは感度が不十分	  – 188cm望遠鏡に多色カメラを搭載する必要がある	  • 可視3色同時撮像カメラ“MuSCAT”	  	  を開発中（PI:	  成田憲保氏）	  – g,	  r,	  zバンドを同時撮像	  – 2014年末〜2015年初頭にファーストライト予定	  – 近赤外チャンネルのアップグレードも計画中	  • 系外惑星大気観測への大きな貢献が期待	まとめ	• 系外惑星の大気を調べる上で雲/ヘイズの理解が重要。特に低温度では、ソリンヘイズが存在する可能性。	  
• ウォーム・ジュピターWASP-­‐80bは、ソリンヘイズの存在条件を調べる上で恰好のターゲット	  • 岡山観測所の2台の望遠鏡とIRSFを用いて、WASP-­‐80bのトランジットを合計6色で観測	  – 観測スペクトルは太陽組成モデル、厚い雲モデルとおよそ一致	  – 可視域に比べて近赤外域でスペクトルがやや下がる兆候⇒ ヘイズの存在を示唆	  • MuSCATは系外惑星大気の研究へ大きな貢献が期待。