高精度トランジット測光観測のためのディフューザー開発とオンスカイ試験

総研大D1, 西海 拓（Nishiumi Taku）
成田憲保、福井暁彦、MuSCAT-JP チーム
1

内容• トランジット観測の問題点• 問題の解決方法• オンスカイでのテスト観測• 結果• 考察・まとめ2

MuSCAT（３色同時測光観測カメラ）
3 colors (g', r', z_s)

Diameter: 188cm
FoV: 6.1’ * 6.1’
Pixel scale: 0.358"/pixel
Site: Okayama, Japan3

理想的なトランジット観測

4

Normalized flux of the star

ライトカーブ （光度曲線）

Time

トランジットの深さ:è 惑星の半径がわかるトランジットの地上観測での問題点
実際に撮られたライトカーブ
さまざまな傾向が見られる

ばらつき

・より高精度な物理パラメータ（例えば惑星の半径）を取得したい
èより高精度な測光観測をしたい

5

解決法１:
1.デフォーカスオンフォーカス

デフォーカスデフォーカスする

恒星周辺の画像・より広がったFWHM
・ドーナツ状のPSF
・より長時間の露光時間で観測可能
・追加の装置が必要ない
MuSCATを用いた観測でも成功 (例) Fukui et al. 20166

解決法２.
2.ディフューザー
diffuserA を使用(type-A: 拡散が弱いもの)
diffuserB(typeB: 拡散 を使用が強いも の)https://www.rpcphotonics.com/engineered-diffusers-information/

・より広がったFWHM
・Top-hat状のPSF
・安定したFWHMとピークカウント
・より長時間の露光時間で観測可能
・ディフューザーを取り付けるための装置が必要

7

DIFFUSER
２種類のディフューザーを用意し、MuSCATの３色それぞれにディフューザーのユニットを取り付けた。
PCのコマンドで任意のディフューザー出し入れ可能

２種類の散乱度合いのディフューザー

ディフューザーユニット
8

ディフューザーユニットはオプトクラフトによる設計・製作

MuSCAT9

DIFFUSERS UNITS

ディフューザーを用いることによる利点と欠点

利点
・Top-hat状のPSF：
さまざまな固有の感度を持つピクセルに一様にフォトンがのる

欠点
・より広がったFWHM:
Skyバックグラウンドとread outノイズをより多く集める
近傍に星があると分離できなくなる・より広がったFWHM:
多くのピクセルで受け取るため、ピクセルの感度差による影響を平均化する

・より低いピークカウント：
暗い天体は観測が難しくなる

・安定したFWHM
同じ特定のピクセルがフォトンを受け取る

・ディフューザーの透過率が100%ではない
フラックスが減る

・安定したピークカウント
よりCCD飽和限界に近い、長い積分時間を使用可能

・より低いピークカウント
積分時間を長くすることができる

10

オンスカイでの試験

以下を調査した・FWHMとピークカウントの安定性
・ディフューザーの透過率
・非常に明るい天体の観測とその精度

11観測
下記の天体のトランジットしていない時間に観測（HAT-P-1, HAT-P-6, WASP-84, HAT-P-15, HAT-P-21, GJ 436, 55 Cnc, HAT-P-69, HD 332231,
WASP-176, HD 106270）
・ディフューザーのあり、なしで交互に撮影
1 exposure

1 exposure

1exp

resupoexosure

1Onfocus

Defocus
DiffuserA

1 exposure

2020.2.24, 2.26, 2.27, 3.23 - 3.25, 7.30, 7.31

Onfocus/
Defocus

DiffuserA/

Defocus

観測日：
2019.7.30, 10.29, 10.30

DiffuserB

1 exposure

1 exposure
12

RESULTS• FWHM の安定性

例として

• ピークカウントの安定性

HAT-P-69（左側） and HD332231（右側）• PSF の比較の結果を紹介• ライトカーブ

どちらもg’バンドの結果• 55 Cancri の観測• ディフューザーの透過率13FWHM の安定性露光時間

露光時間

Onfocus, defocus, diffuserA = 3s, 7s, 7s

defocus, diffuserB = 10s, 15s

Observed on March 24, 2020

Observed on July 30, 2020

Target: HAT-P-69(g’=9.9), g’-band

Target: HD332231(g’=11.4), g’-band

14

ピークカウントの安定性
露光時間

露光時間

Onfocus, defocus, diffuserA = 3s, 7s, 7s

defocus, diffuserB = 10s, 15s

Observed on March 24, 2020

Observed on July 30, 2020

Target: HAT-P-69(g’=9.9), g’-band

Target: HD332231(g’=11.4), g’-band

We examined …

15ライトカーブ
Observed on March 24, 2020

Observed on July 30, 2020

Target: HAT-P-69(g’=9.9), g’-band

Target: HD332231(g’=11.4), g’-band

Dead time is considered

Dead time is considered16

PSF の比較
Observed on March 24, 2020
Target: HAT-P-69 (g’=9.9)
g’-band

Exptimes of
Onfocus, defocus, diffuserA = 3s, 7s, 7s

17非常に明るい恒星のライトカーブ (55 Cnc, V=5.4)
ライトカーブ（55 Cncのフラックスを近くの恒星のフラックスで割り、規格化したもの）

ガウス過程をもちいてシステマティクスによる変動を除去したライトカーブ
RMS of residual(ppm)

g’r’z_s

Binned (1 min)

426

641

783

Binned (30 min)

188

221

196

18

RMS: 246 ppm in I filter (30 min. binned) (Stefansson et al.(2017))

ディフューザーの透過率

diffuser-A

diffuser-B*’: 93.1 %*’: 91.7 %,’ : 94.3 %,’ : 93.1 %-! : 93.6 %-! : 93.7 %19

CONCLUSION & DISCUSSION•

ディフューザーを用いることでFWHMとピークカウントが安定することが確認できた。
•

これは自動観測などでも有利•

これまで観測することができなかった非常に明るい天体を高精度で観測可能になった。

•

ディフューザーはその特徴から明るい星では高精度で、暗い星では他の観測方法が適していると考えられる。これらの条件を調べることが必要であると考えられる。

•

恒星の明るさにより、最適な観測方法をしらべることで、どの天体でももっとも高精度な観測方法を選んで観測可能になると考えられる。
20

今後の予定• 他の観測方法と比較して、ディフューザーを用いると高精度化される条件を調査•

さまざまな明るさの恒星の等級とそのライトカーブの精度の比較• 55 Cancri e のトランジット観測の解析(Observed on 2020.11.25)•

トランジット深さ〜400ppm•

今回の観測で達成可能な精度
21

ありがとうございました。

質問があればどうぞ。
（google doc.上でも大丈夫です。）
22