2014/5/22

⼤大宮  正⼠士  近⾚赤外ドップラー装置による 　 　 　晩期型星周りの惑星サーベイ
1．INTRODUCTION:ドップラー法での地球型惑星探し
2．Subaru  IRD-‐‑‒Doppler  survey
3．3.8m⽤用ドップラー探索索での2つのアプローチ 　 　IRD惑星候補の⾼高頻度度フォローアップ 　 　若若い晩期型星における巨⼤大惑星探索索
4．SUMMARYドップラー法での惑星の検出限界
1000

1Jupiter

ドップラー観測期間の限界

惑星質量量 (MEarth)10000

より低質量量より遠⽅方の惑星へ

100

K=1m/s @ 1.0MSun
K=0.5m/s

101Earth1

精法のーラプ
ドッ.0M S
1@sm/c01
K=0.10.01

軌道⻑⾧長半径 (AU)Radial velocity
TransitDirect Imaging

限界の度度0.1unMicrolensing
Astrometry11AU

10100

M型矮星における検出限界とハビタブルゾーン（HZ）

惑星質量量 (MEarth)

10000

10001Jupiter
様々な星の惑星へ
惑星系の質量量依存
星年年齢との関係

100

10K=1m/s @ 0.2MSun
K=0.5m/s

1Earth1

Radial velocity
TransitDirect Imaging

0.10.01

Microlensing
Astrometry

ハビタブルゾーン
M=0.2Msun

軌道⻑⾧長半径 (AU)

0.1

11AU

10100

地球質量量惑星検出への動向¤ California、HARPSサーベイ ~2011¤ HARPS-S,Nでの地球型惑星探し 2009~¤ 1.16MEarth, α Centauri B b の発⾒見見¤ Rocky Planet Finder @Lick obs. 2006~¤ ESPRESSO（~10cm/s）@VLT 2016~

惑星頻度度

30%

15%

惑星の頻度度分布

Howard 2013

¤ M型矮星のドップラー探索索¤ California サーベイ (Marcy+)¤ HARPS サーベイ (Bonfils+)¤ 1.86MEarth, GJ581 e の発⾒見見¤ McDonald サーベイ (Endl+)¤ M2K サーベイ (Fischer+)¤ NIRSPEC (Blake+ etc.)¤ CRIRES & IRCS (Seifahrt+)

惑星頻度度＠M型矮星
from 可視RVサーベイ

1.08＋2.83­−0.72

Tuomi et al. 20140.10 0.24＋0.39＋0.35­−0.04

0% 1100

惑星最⼩小質量量 (MEarth)3-10­−0.1610-30 30-100

惑星最⼩小質量量 (MEarth)

2. The size (A) and mass (B) distributions of planets orbiting close to G and K-type stars.

1.210.80.6
0.4

0.2

0

星1個あたりの惑星期待数¤ 太陽型星周りのドップラー探索索Subaru  IRD-‐‑‒Doppler  survey
Searching  for  Earths  around  Late-‐‑‒M  dwarfs  ¤ IRD：  InfraRed Doppler instrument¤ 望遠鏡： 　すばる望遠鏡（⼝口径8.2m）¤ 観測波⻑⾧長域： 　0.97-1.75um （Y, J, H–band）¤ 波⻑⾧長分解能： 　70,000 （3ピクセルサンプリング）¤ 波⻑⾧長校正： 　アストロ・コム（レーザー周波数コム） 　➡1m/sの精度度で視線速度度測定を可能にする 　ドップラー法で地球型惑星を狙える観測装置！

NAOJ¤ Subaru  IRD-‐‑‒Doppler  survey¤ 1m/sのRV精度度 & 100星の⼤大規模サンプル¤ 戦略略1: 観測ターゲットの厳選¤ 戦略略2: 視線速度度＆表⾯面活動同時観測¤ 戦略略3: ⾼高頻度度多回数観測➡ 世界で初めて地球型惑星の統計的理理解に迫れる！
＋フォローアップ体制＋理理論論研究との協⼒力力＋フレキシブルで豊富な観測時間➡ 　地球型惑星の特徴と形成とハビタビリティに迫る

IRDのサイエンス・ターゲット

惑星質量量 (MEarth)

ハビタブルゾーン
M=0.2Msun

IRD-RVサーベイの⽬目的
1. HZに存在する地球型惑星の発⾒見見
2. HZの地球型惑星存在頻度度の理理解
3. 地球型惑星の統計的理理解 　 　（他の観測では狙えない！）
K=5m/sK=3m/s

ハビタブル地球型惑星探索索
周期 P<100d
振幅 K>1m/s
質量量 MPsini~0.5~300MEarth
検出率率率 ~100惑星/100恒星スノーライン

公転周期 (days)

K=1m/s @ 0.2MSun
K=0.5m/s
理理論論Simulation●：ガス惑星●：氷惑星●：岩⽯石惑星
Pop. synthesisby Hori, Y et al.

M型矮星周りのドップラー惑星探索索  分光器

望遠鏡  (⼝口径) 波⻑⾧長分解能波⻑⾧長校正

RV精度度

サンプル	
星数	

観測開始
(夜数)

HIRES
(M2K)

Keck (10m)

70,000I2Cell

1-5m/s

K7-M4~600

2009

CRIRES

VLT (8.2m)

100,000

telluric (CO2),NH3 cell

5-10m/s

M5-L1~36

2009

IRCS

Subaru (8.2m)

20,000NH3 cell~30m/s

M4-L0~60

2010

CARMENES
可視&近⾚赤Calar Alto
(3.5m)

82,000Uranium-Neon
lamp

1m/s

M0-M6~300

2014(~750)HZPF（近⾚赤）

HET (9.2m)

50,000Uranium-Neonlamp / LFC

1-3m/s

M4-M9~300

2015(~200)

SPIRou（近⾚赤）CFHT (3.6m)

75,000U/N lamp / LFC
Fabry-Perot

1-3m/s

M4-M7?
400-6002017(300-600)

ESPRESSO（可視）

VLT (8.2m)

134,000

ThAr / LFC

40cm/s

-M5?

2016?

IRD
（近⾚赤）

Subaru (8.2m)

70,000LFC

1m/s

M4-M9~100?

2015(200?)

LFC: laser frequency comb

ドップラー法での⼆二つのアプローチ¤ ⻑⾧長期⾼高頻度度ドップラーサーベイ 　＃観測時間が必要であるため、他の惑星探しでも観測可能天体数が限られる¤ IRD惑星候補の⾼高頻度度フォローアップ¤ IRDでの観測回数は最⼤大で100程度度  è 低質量量星なら地球質量量惑星検出可能¤ IRDで発⾒見見した惑星候補の超⾼高頻度度観測により、晩期M型矮星で地球質量量の惑星を検出を⽬目指す¤ 天体数を絞って観測を⾏行行い、振幅K=0.5m/sのハビタブル惑星を検出する¤ 晩期型星周りの地球質量量惑星の探索索¤ 観測があまり進んでいない晩期K-早期M型星における地球型惑星の検出¤ 観測天体を絞って、⻑⾧長期間のモニター観測を⾏行行う¤ 可視＆近⾚赤外同時ドップラー観測 　＃OAO1.88m/HIDESとの同時観測が有効¤ 若若い晩期型星における巨⼤大惑星の探索索¤ 惑星系の年年齢依存を明らかにする（1000万年年~1億年年程度度の若若い星）¤ 惑星形成において、惑星系が1000万年年（円盤ガス消失）~1億年年（巨⼤大惑星の⼒力力学的移動）の間にどのように変わるかは重要¤ 可視&⾚赤外観測で⿊黒点の視線速度度への影響を評価することができる

IRD惑星候補の⾼高頻度度フォローアップ¤ IRDの惑星候補から、有望そうな天体をフォローアップする¤ 500回観測/各星  è 5~10?星⽩白：太陽近傍25pc以内の星
⾚赤：IRDサンプル候補  約250星

80¤ 特にJ<9~10等程度度の星を対象¤ HZにある地球型惑星の振幅  0.5~0.8 m/s

1001010.10.1

0.20.51 　星質量量 (MSun)

105321 Mearth

2

ハビタブルゾーンの距離離(AU)

視線速度度変化の振幅 (m/s)¤ 主に、0.2~0.3Msun

00.10.2 　質量量 (MSun)

100
50
06810J-band mag

3.8m+IRDのサイエンスターゲット

惑星質量量 (MEarth)

ハビタブルゾーン
M=0.2Msun

3.8m+IRD-RVサーベイの⽬目的
1. 晩期M型矮星の地球質量量惑星の理理解
2. 晩期M型矮星のHZの地球型惑星の発⾒見見
3. ⻑⾧長周期のスーパーアースの分布の理理解
K=5m/sK=3m/sK=1m/s @ 0.2MSun
K=0.5m/s

地球型惑星+⻑⾧長周期スーパーアース探索索
周期 P<1000d
振幅 K>1m/s
質量量 MPsini~0.5~300MEarth
スノーライン

公転周期 (days)

理理論論Simulation●：ガス惑星●：氷惑星●：岩⽯石惑星
Pop. synthesis
by Hori, Y et al.

若若い晩期型星における巨⼤大惑星探索索¤ 若若い星は表⾯面活動が強い（=⿊黒点が多い）ので、惑星の変化が⾒見見られたとしても、惑星と結論論するのが難しい惑星の存在が否定されたN. H
TW HydraeのRV変化  ¤ 若若い星でのホットジュピターの発⾒見見の報告はあったが、⿊黒点の影響と否定されている¤ Setiawan+08, Huélamo+08

可視¤ 近⾚赤外＆可視の同時観測¤ 観測提案¤ HIDES/OAO1.88mで可視RVサーベイ+3.8m
近⾚赤外フォローアップ 　もしくは、可視近⾚赤外同時⾼高分散分光観測¤ 若若い太陽型星 ~ 50 星

L12N. Huélamo et al.: TW Hydrae: evide

CRIRES/H band data

12.8

点線：可視
プロット：⾚赤外

12.75
12.7
12.65

RV [km/s]¤ ⿊黒点の影響を⾒見見積もる¤ 可視に⽐比べて近⾚赤外だと⿊黒点と光球のコントラストが⼩小¤ ⿊黒点によるRV変化なら、波⻑⾧長によってかわる  è 惑星なら変わらない¤ 可視＋近⾚赤外で観測しないと惑星と認められない！

12.6
12.55
12.5
12.45
12.4
12.35
12.3
12.25
1920

21

22

23

2425

2627

MJD-54500 [days]

Huélamo et al. 2008

Fig. 4. CRIRES/H-band radial-velocity points overplotted on the fitte
Keplerian function shown in Table 1. The error bars correspond to thまとめ¤ 近い将来、IRD等の近⾚赤外ドップラー装置による地球型惑星探索索へ¤ IRDが狙うのは、低質量量M型矮星の地球型惑星¤ 近⾚赤外ドップラー装置の使い⽅方¤ IRD惑星候補の⾼高頻度度フォローアップ（IRのみでの観測）¤ 明るい星に絞って観測を⾏行行い振幅K=0.5m/sのハビタブル惑星を検出する¤ 晩期型星周りの地球質量量惑星の探索索（IRのみでの観測）¤ 観測があまり進んでいない晩期K型星における地球型惑星の検出¤ 若若い晩期型星（太陽型星）における巨⼤大惑星探索索（IR+可視での観測）¤ 惑星系の年年齢依存を明らかにする（1000万年年~1億年年程度度の若若い星）¤ 装置要求¤ 地球質量量惑星を狙うのなら : 　 RV決定精度度~1m/sが必要¤ 若若い星の惑星探索索なら： 　 　 RV決定精度度~5m/sが必要¤ 可視近⾚赤同時⾼高分散分光器＋3.8m望遠鏡で観測¤ HIDES/OAO1.88m＋近⾚赤外⾼高分散分光器/3.8m望遠鏡