Kepler全データの解析による太陽型星
スーパーフレアの統計的性質
京都大学理学研究科宇宙物理学教室

修士二年 岡本壮師

野津湧太(コロラド大),前原裕之(NAOJ), 行方宏介,幾田佳,
野上大作,柴田一成(京大),本田敏志(兵庫県立大)連星系・変光星研究会
2021/1/30

太陽フレア

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太陽大気中で生じる爆発的な増光現象◦ 継続時間:数分~数時間◦ 放射エネルギー:1026 erg~1032 erg◦ 黒点近傍で起こり、黒点の磁場エネルギーをリコネクションによって解放している

地球への影響◦ 磁気嵐◦ 放射線
様々な影響を与える

Yokoyama & Shibata, 1998

©ひので SOT Ca ll

連星系・変光星研究会
2021/1/30

太陽フレアの発生頻度

3

Nanoflares
Microflares

100 in 1 yr

Solar flares
最大級の太陽フレア

1 in 10 yr

1 in 1000 yr

Notsu et al. 2019？

スーパーフレア連星系・変光星研究会
2021/1/30

4

フレアは太陽以外の恒星でも起こる：恒星フレア最大級の太陽フレア(1032 erg)の10～106 倍のエネルギーを放出するフレアも観測された→スーパーフレア
スーパーフレアを起こしやすい星◦ 若くて自転の速い星（周期数日）
cf. 行方さん講演◦ 低温度星(M型星)

V773 Tau (T Tauri binary)cf. 前原さん講演◦ 近接連星Tsuboi et al. (1998)

太陽でスーパーフレアは起こるか？

連星系・変光星研究会
2021/1/30

スーパーフレアが起こるとしても滅多に起こらない
人類の太陽フレア観測の歴史、約160年発生頻度が1000年に一度のフレアが起こったことがあるのかわからない

滅多に起こらないイベントでも多数の星を観測すれば短い期間で観測できるだろう• 多数の太陽型星（G型主系列星）を観測し、フレアが起こるときの増光を探す• スーパーフレアによる太陽型星の増光は僅か
1032 erg：~0.01%
1034 erg：~1%5

Kepler宇宙望遠鏡◦

系外惑星探査衛星◦ 高い測光精度 ~1033erg のフレア(振幅〜0.1%)検出可能◦ 観測波長:400nm~900nm◦ 約9万個の太陽型星を1500日(4年間)に渡って連続精密測光(30min cadence)
フレアで星がわずかに明るくなる現象を
Keplerデータから探索©NASA

連星系・変光星研究会
2021/1/306太陽型星のスーパーフレア発見

連星系・変光星研究会
2021/1/30

初期Keplerデータ(約500日分)から太陽型星(G型主系列星)のスーパーフレアを多数発見(279天体,1547event)(Maehara+2012, Shibayama+2013)

Brightness Variation

スーパーフレアのライトカーブ
太陽フレアのライトカーブ

0.02
1.5%

0.01
0-0.010.027%

15min
Kopp et al. (2005)

970 980
990
時間(BJD-2454000)

Maehara et al. (2012)

太陽類似星(20 day<Prot, 5600-6000K)でも頻度は低いがスーパーフレアを起こす(> 1034 erg のものは数千年に一度)

Notsu+20197

連星系・変光星研究会
2021/1/30

準周期的な変光
太陽フレア

8： 黒点の磁気エネルギー解放スーパーフレア： 巨大黒点の磁気エネルギー解放

Brightness Variation

スーパーフレアを起こすには巨大黒点が必要

振幅≒ 黒点サイズ
周期≒ 自転周期
1%15daysDate

Notsu+2015b & 2019

連星系・変光星研究会
2021/1/30星の自転と年齢に伴うスーパーフレアの変化
星の自転周期は年齢と良い相関がある(Ayres 1997; Guedel 2007)
自転周期が短い：若い星
自転周期が長い：年老いた星
太陽型星(G型主系列星)の自転周期依存性を見る→昔の太陽のスーパーフレア発生頻度もわかる

9Kepler全データからスーパーフレア検出

連星系・変光星研究会
2021/1/30

10(Okamoto+2021)• 先行研究では〜500日分の観測データしか用いていない• Gaia-DR2のアップデートによりサンプル数が減少した• Keplerの全データ(~1500日)とGaia-DR2のパラメータを使用• 太陽類似星(20 day<Prot, 5600-6000K)のサンプルは先行研究の~12倍

太陽型星(G型主系列星,5100-6000K)
太陽型星のうち5600-6000K
太陽類似星(20 day<Prot, 5600-6000K)*太陽:T~5780,Prot~25days

天体数

フレア星

フレア数

11601

265

2341

5074

117

929

1641

1526自転周期（年齢） vs フレアエネルギー

連星系・変光星研究会
2021/1/30

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Flare energy [erg]

1036
1035
1034
1033
1 2 3 5Age [Gyr]太陽
10Rotation Period [day]0.51• フレアエネルギー上限値: 自転周期依存が明確にみられる• 自転の速い星(Prot~ 1-2 day): 1×1036erg• 自転の遅い星(Prot > 20 day): 6×1034erg*太陽:T~5780,Prot~25days

自転周期（年齢） vs フレア発生頻度

連星系・変光星研究会
2021/1/30

12Flare Frequency []10010−210−4
1Rotation Period [day]10• フレア発生頻度: 自転周期(年齢)依存がみられる(Prot>2-3days)• 自転の速い星(Prot ~ 1-2 day)は自転の遅い星(Prot > 20 day)の約100倍発生頻度が高い*太陽:T~5780,Prot~25days

自転周期（年齢） vs 黒点サイズ

連星系・変光星研究会
2021/1/30

13(Okamoto+2021)• 黒点サイズ上限：自転周期の増加と共に減少している• 太陽類似星(5600-6000K, Prot > 20 days)も巨大黒点(~1% 太陽半球)を持つ
スーパーフレアを起こすには巨大黒点が必要であるフレア発生頻度 vs フレアエネルギー

連星系・変光星研究会
2021/1/30(Okamoto+2021)• 𝑑𝑁/𝑑𝐸 ∝ 𝐸 𝛼 の傾向がみられる• 自転周期に関わらずフレアエネルギーの増加と共に発生頻度は減少

14フレア発生頻度

連星系・変光星研究会
2021/1/30

太陽と太陽類似星(20 day<Prot, 5600-6000K)

15Nanoflares
Microflares
Solar flares
100 in 1 yr
最大級の太陽フレア
1 in 10 yr
1 in 1000 yr？

フレア発生頻度

太陽と太陽類似星(20 day<Prot, 5600-6000K)

Nanoflares
Microflares
Solar flares
最大級の太陽フレア

連星系・変光星研究会
2021/1/30

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フレア発生頻度

太陽類似星(20 day<Prot, 5600-6000K)~7×1033 erg：3000年に一回~1×1034 erg：6000年に一回の頻度で発生~ 1 in 3,000 years~ 1 in 6,000 years

連星系・変光星研究会
2021/1/3017(Okamoto+2021)

Summary

連星系・変光星研究会
2021/1/30

Gaiaのデータを使い、Keplerデータ(1500日)からスーパーフレアの検出→サンプル数が増加し、より正確な議論が可能に・太陽型星(G型主系列星)：
フレア発生頻度、フレアエネルギーの上限値

は自転周期(年齢)の増加と共に減少
・太陽類似星(20 day<Prot, 5600-6000K)：

フレア発生頻度はフレアエネルギーと共に減少~7×1033 erg：3000年に一回~1×1034 erg：6000年に一回の頻度でスーパーフレアが発生する

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