気象衛星や中小口径望遠鏡による恒星モニタリング

谷口大輔
東京大学（博士課程 3 年）
2022 年 9 月 22 日
2022 年度光赤天連シンポジウム＠国立天文台＆ Zoom

谷口大輔 (東京大学 D3)

気象衛星などで恒星モニタリング

2022-09-22, 光赤天連シンポ 22b

1 / 19Outline1

ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明
世界初の気象衛星を用いた天文観測
ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

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将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

谷口大輔 (東京大学 D3)

気象衛星などで恒星モニタリング

2022-09-22, 光赤天連シンポ 22b

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

1

ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明
世界初の気象衛星を用いた天文観測
ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

2

将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

谷口大輔 (東京大学 D3)

気象衛星などで恒星モニタリング

2022-09-22, 光赤天連シンポ 22b

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測1

ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明
世界初の気象衛星を用いた天文観測
ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

2

将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

谷口大輔 (東京大学 D3)

気象衛星などで恒星モニタリング

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測

赤外線モニタリングの重要性
赤外線モニタリングは赤色超巨星やその他の天体の研究に重要．

BUT: モニタリングは観測コストとても多い！
→ 既存のデータでどうにかならないか？？？

(Onaka et al. 2002,A&A, 388, 573)

谷口大輔 (東京大学 D3)(Melis et al. 2012,Nature, 487, 74)(Caratti o Garatti et al.
2011, A&A, 526, L1)

気象衛星などで恒星モニタリング(Helton et al. 2012,ApJ, 755, 37)

2022-09-22, 光赤天連シンポ 22b

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測

Pale red dot—ひまわり衛星とベテルギウス
狭い宇宙空間に恒星が写り込んでいる！

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気象衛星などで恒星モニタリング

4.0 arcsec

8.8 deg
Betelgeuse2022-09-22, 光赤天連シンポ 22b

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測

静止気象衛星ひまわり 8 号画像の基本的な特徴
Procyonα Cet35,786 km
8.8 deg

ひまわり 8 号

Miraδ OphRigel

10 分に 1 回の観測
赤道 ±8.8 deg が観測領域
OpticalNear-infrared32
10
12
30.5

1.0

2.0
5.0
Wavelength (micron)

10.0

とても明るい星が対象
Mid-infrared

H 2O

谷口大輔 (東京大学 D3)

Sky 3-sigma limiting magnitude (ABmag)

Betelgeuse

0.25 deg/min

Dust emission

気象衛星などで恒星モニタリング

16 バンド画像(0.45–13.5 μm)
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7 / 19ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測

ひまわり 8 号画像の測光方法
一次処理済データが気象庁から配布されている．
フラックス較正済：カウント ↔ 放射照度 変換のテーブル有り．
幾何学画像変換済：衛星から見た角度の座標系．
2.9 arcsec/pix ＠可視，11.5 arcsec/pix ＠赤外．

PSF ∼ 2 pix → 7 × 7 pix2 で開口測光．

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測

ベテルギウスの 4.5 年間の光度曲線
典型的に 1.8 日に 1 回の頻度，太陽に関係なく夏でも測光可！

Mid Infrared

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測

ベテルギウスの 4.5 年間の光度曲線
典型的に 1.8 日に 1 回の頻度，太陽に関係なく夏でも測光可！
2014

2015

2016

AAVSO

(Dupree+20)

2017

2018

2019

2020

0.2

V [mag]

0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6

SummerJulian DayHimawari-8(This work)

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

世界初の気象衛星を用いた天文観測

ベテルギウスの 4.5 年間の光度曲線
典型的に 1.8 日に 1 回の頻度，太陽に関係なく夏でも測光可！
データ公開中：bit.ly/3R19AjF

Mid Infrared

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明
世界初の気象衛星を用いた天文観測
ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

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将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

ベテルギウスの大減光（2019–20 年）
2019 年末〜2020 年初頭にかけての可視光での大減光．
通常の ∼ 388 日周期の減光と同じタイミングだったが，観測史上最も暗くなった．

(AAVSO; Dupree et al. 2020, ApJ, 899, 68)
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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

大減光の原因—ダスト増加 vs 温度低下
目的：多波長高頻度測光により大減光の謎に迫る！
星周ダスト増加説

有効温度低下説∆A(V ) ∼ 1.2 mag∆Teﬀ ∼ 230 K

赤くなる
変化無し
強くなる

赤くなる
赤くなる弱くなるSED
TiO 分子
ダスト放射

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

測光データの理論モデルでのフィッティング
0.45–8 μm の SED を一次元光球（NextGen）+ダスト減光（Cardelli’s law）のモデルでフィットして Teﬀ ，A(V )，R を決定．
2
9.64 μm のフラックスをダスト放射の輻射輸送計算と比較してτ10 を決定．
1

2015/7/7‒2020/12/31 の平均

フィッティングル

気象衛星などで恒星モニタリング

デ谷口大輔 (東京大学 D3)

モ

Teﬀ 有効温度
A(V ) 星間/星周ダスト減光
R 半径
τ10 ダストの光学的厚み
＠ 10 μm球

光自由パラメーター：ダスト放射2022-09-22, 光赤天連シンポ 22b13 / 19

ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

結果 1：有効温度と減光の時間変化（可視近赤）大減光（1.2 mag）の原因は：
星周ダスト減光（0.6 mag）
有効温度低下（0.5 mag）の両方だった？

ΔV~1.2mag

The Great Dimming

Optical photometry

Effective temperature

ダスト放出は大減光の半年前に開始していた？
しかし，可視近赤のみでは結果のモデル依存性が大きい．

ΔTeff~110K
Extinction

ΔA(V)~0.6mag

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明

ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

結果 2：シリケイト放射の時間変化（中間赤外）
2018

2019

シリケイトの τ10 は大減光中に最も大きくなっていた．
→ 大減光中のダスト形成を示唆

0.002 2017

2018

2019
Date

Teff (K)

3700
3600
3500

A(V) (mag)

中間赤外バンド（9.64，10.41，11.24 μm）のおかげで，シリケイトダスト放射の時間変化を測定することができた．

2020

The Great Dimming

2017

3800

1.0
0.5
0.0

0.010
10 m

0.008
0.006
0.004

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気象衛星などで恒星モニタリング

20202022-09-22, 光赤天連シンポ 22b

15 / 19将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

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ひまわり 8 号を用いたベテルギウス大減光原因の究明
世界初の気象衛星を用いた天文観測
ベテルギウスの大減光を中間赤外線モニタリングで探る

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将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

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気象衛星などで恒星モニタリング

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16 / 19将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

計画 1：3 つの気象衛星で 63 天体モニタリング
1

AB magnitude (mag)2

ひまわり 8 号に加え，GOES-16 と√ GOES-17 も解析．
→S/N が 3 倍になり，ベテルギウスの未解決問題を解決！
ベテルギウスに加え，合計 63 天体解析．
→ 水分子・ダスト放射で晩期型星の星周構造を解明！

0.2

1.00

0.3

0.75

0.4

0.50

0.5

0.25

0.6

0.00

0.7 Band 07 (3.89micron)2017 2018 2019 2020
Date (year)

谷口大輔 (東京大学 D3)

2021

Others0.25 Band 08 (6.24micron)2017 2018 2019 2020
Date (year)

Carbon star
AGB
Mira

LPV

2021

気象衛星などで恒星モニタリング

2022-09-22, 光赤天連シンポ 22b17 / 19

将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

計画 2：30 cm 望遠鏡で分光モニタリング
小型分光器（460–840 nm，R>1, 000）を私設天文台に設置し，3 個の赤色超巨星を3 年間以上に渡って週 1 回のペースで分光．

Teﬀ ，A(V )，R の時間変化を測定し，変光メカニズムを制限することを目標にする．

TargetSp.Type

Betelgeuse M1–2Ia–ab
BU Gem
M1–2Ia–ab
TV Gem
M0–1.5IabVmag
0.42
6.39
6.56

1 m クラス望遠鏡での高分散モニタリングと組み合わせて，光球の下部から上部まで同時に調べたい．
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将来計画：気象衛星と中小口径望遠鏡を活用したモニタリング

まとめと提言—既存のデータ/望遠鏡を有効活用
新しいコンセプト：気象衛星を用いた「天体観測」
静止気象衛星ひまわり 8 号のデータを解析し，ベテルギウスの4.5 年間光度曲線（0.45–13.5 μm）を得た．
ベテルギウスの大減光の原因は有効温度低下と星周ダスト減光増加の両者であったことを示唆．

今後に向けて：世の中は宝の山
静止気象衛星群での晩期型星の赤外線モニタリングを計画中．
→ 静止気象衛星データに限らず，天文学研究の推進に有用なデータが至るところに転がっているはず．
中小口径望遠鏡での赤色超巨星の分光モニタリングを計画中．
→（時間さえかければ）中小口径望遠鏡で可能な時間領域の重要な研究対象は数多くあるはず．
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