系外惑星探査のロードマップ案
すばる、SPICA、JTPF
田村元秀
NAOJ/太陽系外惑星探査プロジェクト室JAXA/JTPF Working Group光天連シンポジウム 2008.8.21 17:40-17:55

系外惑星の観測の意義と困難さ
z 1995年：恒星周回する系外惑星の間接発見
z ドップラー法、トランジット法、重力レンズ法の成功
z 今日までに約300個の系外惑星（最小は地球質量の約2倍まで-真の地球型は未検出）

z 全て間接検出、系外惑星を直接に撮像した
確たる例は無いz 暖かい木星型巨大惑星の検出は、すばる望遠鏡などの地上巨大望遠鏡の至近のテーマ

z 次のマイルストーンは地球型惑星の検出と生命の証拠 の検出
z しかし、技術的にはハードルが高い
z 高解像度、高感度、高ｺﾝﾄﾗｽﾄの実現
z 約9桁（可視光）から6桁（赤外線）のコントラスト

9桁

6桁

z 新しい間接法の追求も必要
第２の地球探しのための日本のロードマップが必要
110100 micron

Possible Exoplanet/Disk Exploration Approaches in Japan
2008

1999

1. Indirect
detectionof exoplanets
Doppler(N2K survey,RM effect)
Transit

Subaru 8.2m

~2014

~2020

GroundSubaru/- AO188 &ExAO/- HiCIAO- Next-GenDoppler

SEEDS
ongoing
project
2A. Direct imaging ofdisks & young massive planets＋ New Indirect Approach

TMT 30m
4. Direct observationsof Earth-like planets ?

Space
2B. Disk evolution& Exo-zodi- disk late stage- spectroscopy

SPICA 3.5m

AKARI 0.7m

3. Spectroscopy ofdisks & old planetscoronagraph & transit

JTPF 3.5m

Subaru has an AO Coronagraph since 2001
CIAO + 36-actuator AO at Cass.
 First dedicated cold coronagraph on 8-m telescopes

Diversity of protoPlanetary disks

Young very low-mass
Companion

Compact disk aroundmassive YSOs

HiCIAO – High Contrast Instrument for the Subaru next
generation Adaptive Optics
HiCIAOとは…
 NAOJとUH IfAの協力で製作
 コロナグラフ，差分撮像，AO188を利用
 5x10-6 のcontrast（従来より10倍良い）を実現
 コロナグラフと差分撮像光学の両方を備えた最初 モジュラー形式の設計: 最新技術を反映したアップグレードが容易
 PIAA Coronagraph，MEMS補償光学，位相マスク
Coronagraphによるアップグレード（後述） 2007.10: ラボでのアセンブルは終了。
 2007.12: AO無ファーストライト。
 SEEDS(Subaru Strategic Exploration ofExoplanets and Disks with HiCIAO/AO188)という戦略的観測枠として採択。2009から。
約500個の星を5年でサーベイし、1AU-10AUの巨大惑星検出と同じ領域の円盤構造を解明

HiCIAOの近未来アップグレード計画（2008-2010)- HiCIAO は8-mクラス望遠鏡の中で唯一フレキシブルな高コントラスト撮像プラットフォーム
GeminiとVLTの“Extreme-AO” 計画はリジッド設計なためアップグレードが難しい- HiCIAO は、それらより先に完成- 高コントラスト撮像技術は日進月歩, そのためのラボ試験も進んでいる(すばるにおけるPIAA Coronagraphなどの開発を含む)- 最新の技術をサイエンスに活かす
円盤内側 (<5 AU) における惑星の進化
Î HiCIAOアップグレード計画
中程度のコスト・短期間で進める戦略が良い(1) 高効率なPIAA Coronagraphにする(2) 1024素子の可変鏡付加波面の「細かい」補正
いずれも、すばるのラボで開発進行中。

Laboratory
demonstration ofhigh accuracy“fine” wavefront
correction with1024 actuators DM

PIAA coronagraph optics andPIAA lenses for HiCIAO

HiCIAOの近未来アップグレード計画(3) 4分割位相マスク(FQPM)
Æ 8分割位相マスク(EOPM)
国立天文台･北大のラボで開発中。

π010-6π0Laboratory experiment of
FQPM coronagraph0Î 至近UGはいずれも2年位でできる予定
Manufactured EOPM using a liquid crystal device
Applied Voltages

Liquid Crystal Cell

- 将来の道標：TMT(Thirty Meter Telescope)へ
FPC

30m口径の圧倒的な集光力と解像度 ＋HiCIAO/Subaruでの経験を活かした超高コントラスト技術 Î 系外地球型惑星検出へ
Direct imaging ofdisks & young massive planets
Ongoing and near-future

Subaru 8.2m+ AO188+ Classical Coronagraph(HiCIAO)
Î Advanced Coronagraph(PIAA/MEMS AO/EOPM…)

10mmπ0Applied Voltages

0 πFPC0π 0πTMT 30m+ Extreme AO+ AdvancedCoronagraph

Direct imagingof Earth-likeplanets
F t re系外惑星の分光 ＠すばる(2009-2014)
 巨大惑星および褐色矮星の面分光
 赤外IFU装置の開発
 Princeton大学と共同

次期ドップラー装置＠すばる (2009-2014)
 M型星のハビタブル地球型惑星
 10m/sの赤外ドップラー
 IRCS upgrade 進行中

 1m/sの赤外ドップラーの開発
 Next Killer for ESP studies
 or HDS upgrade?JTPFとは？ その目標と手段
9 地球型系外惑星の直接検出を主サイエンスドライバーとして、様々な天文分野への応用を追求する
ｽﾍﾟｰｽ将来計画（国際協力）
9 大別して2つのアーキテクチャー
可視光望遠鏡(HCST)z ｼｬｰﾌﾟな画像を得やすい
可視光望遠鏡で第2の地球を探す
z ｸﾘｰﾝ、高ｺﾝﾄﾗｽﾄ、かつ安定した星像性能を追求
した望遠鏡

衛星から見た地球
可視光（左）と赤外線（右）（反射光 対 熱放射）

赤外線干渉計(TBD)
 恒星と惑星の明るさのｺﾝﾄﾗｽﾄが小さい
中間赤外線波長で第2の地球を探す
 スペース赤外線ナル
干渉計望遠鏡国際協力の状況
現状:
米： いわゆるTPFは無期限停止
NASAは小規模なものを希望（約 $500M）
欧： Darwin（赤外線干渉計）,ESA Cosmic Vision落選。基礎開発費のみ。
->大ミッションの “Precursors” の検討に後退日本が参加できそうなものは：- 1.2-2m telescope using coronagraph (PECO)- NASAで2009年に系外惑星小規模ミッションのCallがある予定日本（JTPF）はどうすべきか？
- USA decadal reportへの提言の状況を見つつ、日米欧(＋アジア?)数カ国で中規模ミッションを検討すべきだろう。
- ミッション方針が固まるまでは、ミッションに必須となる「コロナグラフ」と「補償光学」のR&Dを「すばる＋HiCIAO」をテストベッドにして推進することが重要。

Terrestrial Planet Finder
Coronagraph (TPF-C)

Darwin IR
Interferometer

Simulated TOPS image of a
rocky planet around star Tau
Ceti (planet is on the left)

JTPFのコロナグラフ望遠鏡案 (HCST)
日本独自のTPFのアーキテクチャーとしては可視光の高コントラスト・スペース望遠鏡によりクリーンかつ安定した画像を得ることを検討してきた。

Telescope

3.5m off-axis single aperture

Wavelength

optical and near-IR（λc = 0.5μm、λλ=0.25μm)
w/ limited UV capability

Launch～2020?

Lifetime 5-10 yr
Orbit

Sun-Earth L2

SubaruOpt-NIR coronagraph
Instruments

ETL

Wide-field NIR/Opt instruments

HCST
JWST

TBD: UV spectrometer

高価なR&D（例えばミラー開発）を避けるために、既存の技術＋補償光学でどこまで行けるかを検討している。 ⇒ ただし、$1Bクラス・ミッション。

Total FOV～15’
広い視野カメラ＝ポスト・ハッブル○=Earth at 8pc

まとめz すばる(CIAO, HiCIAO, IFU/IRD)、あかり、SPICA、JTPF という明確なロードマップに基づいて系外惑星科学を追及したいz JTPFオリジナルミッションとしては、ポストSPICAとしての地球型系外惑星の直接観測を目指す
z 基礎必須技術としての、コロナグラフ＋波面補償光学の実証実験が進み、日本発の新アイデアが発案・出版されるようになってきたz 理論家、実験家を含めた活発なコミュニティを拡大してゆきたいz 間接法の次の一手としての赤外ドップラー（IRD）
や直接観測面分光（IFU）は、post-HiCIAO, preTMT/SPICAのギャップを埋める

まとめSubaru/NAOJ
International Workshop"Exoplanets and Disks:

Their Formation and Diversity"

2009.3.9-12

Keauhou Beach Hotel, Kona

To be announced soon!
Stay tuned!!

(質疑応答 — Q:質問, A:回答, C:コメント — 氏名無しは発表者の発言, 敬称略)
(Q) 系外惑星探査には、TMT ではなく、SPICA でのアプローチを考えているということか？ (家)(A) マンパワーと予算があれば、コロナグラフ装置開発について手を挙げたいが、現在 TMT へまわるほどの余裕はない。
(Q) SPICA のミラーについて...？？？

(海老塚)(A) 日本国内で製作精度を上げて行けないのでは、という懸念はある。一枚鏡は難しいだろう。
(C) 鏡を作る工場がヨーロッパにあると思えばよい。鏡の評価は日本が行うことになっており、サイエンスをどのように進めるかというキーを日本で押さえたい。 (中川)