世界の1-2m望遠鏡に展開する多色同時撮像カメラMuSCATシリーズ

成田憲保（東京大学）

全天トランジットサーベイ計画：TESS(NASAより)

ケプラーの後継機として2013年4月にNASAに認められた衛星計画
2018年4月18日に打ち上げ成功（4人の日本人がミッション提案に参加）

TESSの観測戦略
24°$
eclip&c'
pole'

96°$

eclip&c'la&tude'6°'

Ricker et al. 2015

igure 7. Left.—The instantaneous combined field of view of the four TESS cameras. Middle.—Division of the celestialphere into 26 observation sectors (13 per hemisphere). Right.—Duration of observations on the celestial sphere, taking
nto account the overlap between sectors. The dashed black circle enclosing the ecliptic pole shows the region which JWST
ill be able to observe at any time.

空の24度 x 96度の領域を１度に観測

2年+延長ミッションで全天のトランジット惑星を探す

ownlink using NASA’s Deep Space Network. In addition, momentum unloading is occasionally needed due toTESSの弱点• TESSの視野(24x96度)はKeplerの視野(10x10度)に比べて広く、全天をサーベイして太陽系に近い恒星のトランジット惑星を見つけることができる• 大量の惑星候補が発見されるけれども、その中には食連星による偽検出もかなり混じっている（50%超程度）• 偽検出を見破って、本物の惑星を発見するため地上からの「発見確認観測」が必要

トランジット惑星と偽物の食連星の判別
トランジットサーベイで発見される減光は惑星ではない場合がある

通常のトランジット惑星
ちょっとだけかすめる食連星近くの天体が食連星惑星は自分で光を発しないため、減光にほとんど波長依存性がない
しかし食連星は隠す恒星も光っているため、減光時にその光が残る→ 減光の深さが波長によって大きく変わる
減光を多色で高精度に観測することで判別できる

岡山の新しい観測装置MuSCATを開発•

2014年12月24日に初観測•

青(400-550nm)、赤(550-700nm)、近赤外(820-920nm)の3色を同時に観測可能
なカメラ•

1回の観測で、TESSで発見された惑星候補が本物の惑星か偽物(食連星)かを見分けることができる観測装置

2015年3月3日撮影

多色同時観測による本物の惑星の発見確認
惑星の場合

偽検出の場合多色同時撮像カメラがあれば、1回の減光の観測で周囲に食連星がないか、ターゲットが食連星でないかどうかを判別できる

MuSCAT2をスペイン・カナリア諸島に開発

TCS 1.52m望遠鏡
テネリフェ島・スペイン
北緯28º18’01.8”, 西経16º30’39,2”
標高 2386.75m
世界遺産テイデ山(3718m)の中腹

MuSCAT2の性能0.1%を切る地上最高レベルの測光精度を4色で同時に達成可能

Narita et al. (2019) ：TOP1%補正論文(Clarivate/InCites)MuSCAT3を開発(2020年9月完成)

FTN 2m望遠鏡
マウイ島・ハワイ
北緯20º42’27”, 西経156º15’21.6”
標高 3055m
休火山ハレアカラの山頂

多色トランジット観測装置MuSCAT123を開発
世界初の多色同時撮像観測ネットワーク

ハビタブルゾーンにあるスーパーアースの発見
太陽系から約100光年のところにあるLP 890-9 (TOI-4306, SPECULOOS-2)を公転する2つのスーパーアースを発見

外側の惑星cはハビタブルゾーンにある1.37地球半径のスーパーアース
Delrez et al. (2022), 2022/9/7 PR

MuSCAT1 on
OAO 1.88m tel.

MuSCAT2 on
TCS 1.52m tel.

MuSCAT3 on
FTN 2m tel.

Primary mirror

1.88m

1.52m

2.0m

Location

34° 34’ 37” N
133° 35’ 38” E372m

28° 18’ 02” N
16° 30’ 39” W
2387m

20° 42’ 27” N
156° 15’ 22” W
3055m

FoV

6.1’ x 6.1’
(with 1k CCD)

7.4’ x 7.4’
(with 1k CCD)

9.1’ x 9.1’
(with 2k CCD)

Clear sky ratio

~30%

~70%

~70%

Pixel scale

0.36“ / pix0.45” / pix0.27” / pix

Readout time

0.58 sec

0.58 sec

2.3 sec# of time/yr~100 nights~300 nights

300 hrs of net obs# of channels

3 (g, r, z)

4 (g, r, i, z)

4 (g, r, i, z)MuSCATシリーズの南半球への展開を検討
LCOによる受け入れ意思確認(LoI) と装置の光学設計は概ね完了

スペイン
テネリフェ

アメリカ
マウイ

チリ
セロ・トロロ南アフリカ
サザーランド⽇本
岡⼭

オーストラリア
ニューサウスウェールズ

系外惑星の他にも、突発天体や太陽系小天体など多様な天体現象の観測に活用できる南半球ならではのサイエンス
太陽系近傍(150pc以内)の若い星団の多くは南天にある(a) 若い星団の分布

The Astrophysical Journal, 856:23 (35pp), 2018 March 20

Gagné et al.

北天(b) 若い星団の距離と年齢

The Astrophysical Journal, 856:23 (35pp), 2018 March 20

地球からの距離 (pc)

150

銀河面

南天Figure 1. Sky distribution of young association members that were used here to build the models of BANYANΣ. The Galactic plane (∣b∣  15n) is designated withthe gray region. The nearest young associations cover much larger fractions of the sky, which makes it harder to recognize their members without measuring their full6D kinematics. Most of the young association members are located in the Southern hemisphere, with a few notable exceptions (UMA, CBER, PLE, HYA, TAU, and118TAU). See Section 4 for more details.
Table 7
List of Bona Fide Members’ Designations
MainABDoradus
2MASSJ00192626+4614078
BD+54144A— BD+54144B
2MASSJ00470038+6803543
G132–51B— G132–50— G132–51C
HIP6276
G269–153A— G269–153B

Gagne et al. (2018)

2MASS

AllWISE

Gaia

Other

J00192626+4614078
J00455088+5458402
L
J00470038+6803543
J01034210+4051158
J01034013+4051288
L
J01203226–1128035
J01242767–3355086
LJ001926.39+461406.8
J004551.02+545839.6
LJ004701.09+680352.2
J010342.24+405114.2
J010340.24+405127.4
LJ012032.34–112805.2
J012427.84–335510.0
LL417565757132068096
L
529737830321549952
374400889126932096
374400957846408192
374400893422315648
2470272808484339200
5015892473055253120
5015892473055253248

LHD4277A,HIP3589AHD4277B,HIP3589B
L
L
L
L
CD–12243
L
L

100

50

110100
年齢 (Myr)

若いトランジット惑星はまだ発見数が少なくこれから発見数が増えてくる段階にある

1000

TESSの第2期延長計画(2022-2025)
TESSの継続で赤色矮星周りのハビタブルトランジット惑星の発見数がさらに増えると予想されている生命居住可能領域付近の惑星発見予測

Kunimoto et al. (2022)

TESSの第2期延長計画(2022-2025)
TESSの延長計画が進むことで多数の長周期惑星の発見も予想されている
TESSの(長周期)惑星発見数予測

当初計画
第１期
延長計画
第2期
延長計画

Kunimoto et al. (2022)

長周期惑星は追観測の機会が非常に限られるため多色同時観測ネットワークが世界の中で特に有利

LCO側で米国財団からMuSCAT4の予算確保

アメリカ
マウイ

スペイン
テネリフェ

日本
岡山

オーストラリア
ニューサウスウェールズ

オーストラリアの2m望遠鏡(マウイの2m望遠鏡と同一)にMuSCAT4を開発開始(2023年10月頃ファーストライト目標)

まとめ• TESSのフォローアップ観測に向けて開発してきたMuSCATシ
リーズが現在北半球の3台体制で運用中• 現在オーストラリアの2m望遠鏡用にMuSCAT4を開発中、MuSCAT5/6の開発も継続したい• TESSと地上追観測の連携により、今後も多様な系外惑星の発見とその性質の解明を目指す• トランジット惑星以外のサイエンスにも活用できる参考：LCOの観測時間へのアクセス