Second-­‐genera+on	  Exoplanets	  Imaging	  with	  Coronagraphic	  Ao	  (SEICA)	
松尾太郎（京都大学）	

• 1995年に太陽系外で惑星が発見され、現在まで1000を超える惑星が報告.	  
• 間接的手法によって探査が進展.	  
• 生命を宿す可能性のある惑星も報告.	  	  	  	  	  例.	  ケプラー186f	

惑星の質量（木星質量）	

背景	

2014年4月現在	

木星	
土星	
ケプラー186f	

地球	(想像図)	

主星からの距離（AU）	
これまでに発見された太陽系外惑星の分布	
●：間接的に発見された惑星	  ●：直接観測された惑星	  背景	惑星の質量（木星質量）	

• 2008年に系外惑星（候補）の直接観測に成功.	  
• 	  主星から遠方の探査に限定.	  
• 間接観測と直接観測は探査領域において相補的.	  	

2014年4月現在	

直接観測	
木星	土星	

間接観測	地球	主星からの距離（AU）	
これまでに発見された太陽系外惑星の分布	
●：間接的に発見された惑星	  ●：直接観測された惑星	  背景	惑星の質量（木星質量）	

2014年4月現在	

直接観測	
木星	
土星	

HR8799のHバンド画像	  (Skemer	  et	  al.	  2012)	

43AU	

間接観測	

地球	主星からの距離（AU）	
これまでに発見された太陽系外惑星の分布	
GJ504のHバンド画像 (Kuzuhara	  et	  al.	  2013）	

●：間接的に発見された惑星	  ●：直接観測された惑星	  稼働中・進行中の補償光学計画	
プロジェクト	

ピクセル数	

波面センサタイプ	

計測量	

サンプリング	

Subaru/AO188（日）	

102	

曲率センサ	  (CWFS)	

形状	

Keck	  II/AO（米）	

2	

1kHz	

10傾斜センサ	  (SHWFS)	

形状	

2kHz	

LBT/副鏡AO（米）	

102	

Modulated	  Pyramid	

形状	

1kHz	  	Palomar/3000（米）	

103	

傾斜センサ（SHWFS）	

形状	

2kHz	

Gemini/GPI（米・加）	

10 	3傾斜センサ（SHWFS）	

形状	

2kHz	  	  VLT/	  SPHERE（欧）	

10 	3

傾斜センサ（SHWFS）	

形状	

1kHz	

Subaru/SCExAO（米）	

10 	3Non-­‐modulated	  Pyramid	

位相	

2kHz	

Kyoto3.8m/SEICA（日）	

10 	3

第一世代	

点源回折干渉計	  (PDI)	 位相と振幅	 20kHz	

第二世代	

第2世代	
• 第2世代高コントラストカメラ(Gemini	  Planet	  Imager:	  GPI)でのファーストライト成功.	  
• 内側での検出限界は、従来装置(SEEDS)に比べて2桁程度のコントラスト改善.	  	  ! （依然として）Self-­‐luminous惑
星の探査に留まる.	  	  VLT	  NACO	  (左)とGPI	  (右)のβ	  Picのイメージ	

第一世代	

60秒間の5σコントラスト(Macintosh	  et	  al.	  2014)	  目的	

2014年4月現在	

惑星の質量（木星質量）	

• 究極性能を追求した高コントラスト技術の確立.	  	  -­‐	  	  主星極近傍の高コントラスト化	  !木星や土星軌道にある木星型惑星の観測.	  
• 統計的研究から各惑星の詳細研究へ	  先行研究	
木星	土星	間接観測	

SEICA	

地球	主星からの距離（AU）	
これまでに発見された太陽系外惑星の分布	
●：間接的に発見された惑星	  ●：直接観測された惑星	  発展	・極限補償光学技術
・潤沢な観測時間	  SEIT
日本主導による世界初の地球型惑星観測	  SEICA	  (2017~)	  主星近傍の木星型惑星観測	  Subaru/HiCIAO (2009-14)
補償光学の基礎技術を確立
主星遠方の木星型惑星観測8	  SEICAとは?	
● 太陽系外惑星の総合的理解を目指した観測装置	  ● TMTの地球型惑星検出実現への重要なマイルストーン	

京大3.8m望遠鏡	
極限補償光学	
コロナグラフ	

瞳再配置	

高分散分光	IRD	SEICAとは?	

赤：ナスミス台	  青：クーデ室	

京大3.8m望遠鏡	
極限補償光学	
シングルモード	  ファイバー	コロナグラフ	
シングルモード	  ファイバー	

瞳再配置	

高分散分光	

IRD	

仕様	
項目	

数値	

観測波長	
Y、J、H、(K:	  検討中)	
補償可能な恒星の限界等級	 12@J、12	  @	  H	コントラスト	
Inner	  Working	  Angle	  (IWA)	
視野	

次ページ参照	0”.1	  @	  J、0”.13@H	  Φ	  3”.4	  (高コントラスト領域)	  Φ	  10”.0	  (検出器視野)	  限界等級	  (1時間、S/N=10)	 、22.9@J、22.1	  @H	  	  観測性能	
性能評価に用いたパラメータ	

新しいパラメータ領域	

GPI	

1時間積分での5σコントラスト	

J=12	
J=10	
J=8	
J=6	
J=4	

観測波長	

J	

風速	10m/s	

フリード長	10cm	  @	  550nm	

観測性能	 (山本、河原講演参照)	
• 高コントラスト化によってキャラクタリゼーションへの幅が大きく広がる.	  	  	  • Subaru/IRIS	  	  	  	  	  "	  	  	  Kyoto3.8/SEICA へ	  非常に明るい恒星(J=4)を	  観測した時の1時間、S/N=5	  を達成できる波長分解能.	  	  補償光学装置	
歪んだ波面	

大気ゆらぎにより乱れた波面を	  計測・補償するシステム	  波面計測 " 計算 "波面補償	

補正された波面	 赤外光	コロナグラフ	  分光装置	
可変形鏡	
可視光	
計算機	

波面センサ	SEICA	

3つの極限技術	
歪んだ波面	

本研究	
①計測波長	 赤外光	
②計測量	

海外の研究	
可視光	

振幅・位相	 位相	

③計測時間	 0.00005	  秒	 0.001	  秒	補正された波面	 赤外光	
分光装置	
可変形鏡	
可視光	
計算機	

波面センサ	

③高速計算機	  ①赤外線	②新計測システム	15	  波面センサ	
• 波面計測用の天体微弱光の高感度・超高速・低ノイズ読み出し.	  
• （可視で暗い）赤外線天体へのサイエンスの拡張.	  	  例：銀河中心、M型矮星・褐色矮星、AGN	  	  Gemini/GPI	 Subaru/SCExAO	 本研究	方式	

CCD	

MKID	

HgCdTe	  APDアレイ	

波長	0.6-­‐0.8µm	

0.9-­‐1.4µm	

1.0-­‐2.5µm	

フォーマット	160	  x	  160	300	  x	  300	320	  x	  240	

量子効率	

85%	

10-­‐20%	

90%	  (最高効率)	

フレーム更新周波数	 2kHz	

2kHz	

100kHz	  (最大)	

1e-­‐	

<1e-­‐	

0.25e-­‐	  (最低ノイズ)	

リードアウトノイズ	

16	  補償光学 予備実験	
望遠鏡を通した	  天体をシミュレート	
赤外カメラ	
可変形鏡	波面センサ	

京大宇宙物理学教室	  クリーンブース内の光学ベンチ	

17/10	  補償光学 予備実験	

補償あり	

102ピクセル	

補償なし	

18/10	  ファーストライト	  (2017~)	 赤：ナスミス台	  青：クーデ室	
京大3.8m望遠鏡	
極限補償光学	
コロナグラフ	

赤外線検出器	

機能：中程度の高コントラスト撮像	  サイエンス：	  原始惑星系円盤（武藤さん）	  残骸円盤（栗田さん）	  アップグレード	  (2018~)	 赤：ナスミス台	  青：クーデ室	
京大3.8m望遠鏡	
極限補償光学	
コロナグラフ	

波面計測	

機能：超高コントラスト撮像	  サイエンス：	  系外惑星の検出・特徴づけ（山本さん）	  アップグレード2	  (2018~)	
赤：ナスミス台	  青：クーデ室	
京大3.8m望遠鏡	
極限補償光学	
シングルモード	  ファイバー	コロナグラフ	
シングルモード	  ファイバー	

瞳再配置	

高分散分光	

IRD	

機能:高コントラスト分光撮像	  サイエンス：	  系外惑星のキャラクタリゼーション（河原さん）	  赤外線精密視線速度計測（小谷さん、大宮さん）	  まとめ	• SEICAは、最先端の系外惑星・円盤探査・特徴づけが可能.	  	  • 世界に類をみない極限補償光学装置.	  	  	  	  	  系外惑星装置の基盤となる.	  	  • 岡山に2010年代の最先端の系外惑星の研究拠点を!	  	  !	  2020年代の系外惑星へ