National Astronomical Observatory of Japan

2020 年 9 月 1 日

No.326

特集

すばる望遠鏡 2020 前編● すばる望遠鏡の最新レポート● 巨大惑星の屋根：宇宙空間へつながる木星の大気を探る● 銀河系の端が見えてきた！
● すばる望遠鏡、130億光年かなたの宇宙に銀河団を発見● 第二の地球候補の軌道の傾きを制限：すばる望遠鏡の新分光器IRD● 松野允郁さん、
すばる望遠鏡データを用いた博士論文でSOKENDAI賞を受賞

9

2 0 2 0

2020

NAOJ NEWS09

国立天文台ニュース
C

O

●
●

03

N

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E

N

T

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表紙
国立天文台カレンダー

特集

すばる望遠鏡 2020
●

●

前編

表紙画像

すばる望遠鏡の最新レポート

すばる望遠鏡によるさまざまな観測成果イメージ。

小山佑世（ハワイ観測所）／神戸栄治（ハワイ観測所）

背景星図（千葉市立郷土博物館）

渦巻銀河 M81画像（すばる望遠鏡）

研究トピックス01

巨大惑星の屋根：宇宙空間へつながる木星の大気を探る
笠羽康正（東北大学 理学部 惑星プラズマ・大気研究センター）●

新型コロナウイルス感染症に関連した対応について研究トピックス02

銀河系の端が見えてきた！
千葉柾司（東北大学）●

新型コロナウイルス感染症の感染拡大を防研究トピックス03

すばる望遠鏡、130億光年かなたの宇宙に銀河団を発見
播金優一（東京大学 宇宙線研究所）●

ぐため、国立天文台の施設公開、定例公開、イベント等の一部を中止いたします。再開につきましては、国立天文台のウェブサイ

研究トピックス04

第二の地球候補の軌道の傾きを制限：すばる望遠鏡の新分光器 IRD
平野照幸（東京工業大学）／田村元秀（東京大学、アストロバイオロジーセンター）

トや SNS にてご案内いたします。みなさまのご理解、ご協力をお願いします。
また、国立天文台にご来訪されるみなさま

22におかれましては、下記のことをお願いい受賞●

松野允郁さん、すばる望遠鏡データを用いた博士論文で SOKENDAI 賞を受賞

たします。

●新型コロナウイルス感染者との濃厚接触が判明している場合や、その恐れが23ある場合は、ご来訪をお控えください。

おしらせ●咳や発熱などの症状がある場合は、「三鷹・星と宇宙の日2020」はオンラインで開催●

ご来訪をお控えください。
●マスクや手洗いなど、各自で十分な

23

防護策をお取りください。

編集後記／次号予告★くわしくは24

連載「すばる望遠鏡 HSC Cosmic Gallery」06
コスモスフィールドの深宇宙
解説：田中賢幸（ハワイ観測所）

をご覧ください。

国立天文台カレンダー
2020 年 8 月

https://www.nao.ac.jp/notice/20200226-coronavirus.html★予定は変更される場合があります2020 年 9 月

2020 年 10 月

● 1 日（土）4D2U シアター公開（三鷹）● 4 日（金）幹事会議● 3 日（土）4D2U シアター公開（三鷹）● 7 日（金）幹事会議● 7 日（月）運営会議● 7 日（水）防災訓練● 14 日（金）4D2U シアター公開（三鷹）● 18 日（金）幹事会議● 8 日（木）教授会議● 15 日（土）4D2U シアター公開（三鷹）● 30 日（水）プロジェクト会議● 9 日（金）幹事会議／4D2U シアター公開（三鷹）／観望会

p a g e● 21 日（金）幹事会議● 17 日（土）4D2U シアター公開（三鷹）● 26 日（水）プロジェクト会議● 23 日（金）幹事会議● 24 日（土）観望会● 28 日（水）プロジェクト会議

02

特集

すばる望遠鏡2020
前編

本格的な観測開始から年を経た﹁すばるの機能強化計画と科学目標を展望します︒

めた後編では︑今後の今後のすばる望遠鏡

望遠鏡の近況と観測成果を概観し︑号を改います︒この特集では︑前編としてすばる

ど に よ っ て 日 々 進 化 し︑ 能 力 向 上 を 続 け て

巨 眼 は︑ 観 測 装 置 の 更 新 や 運 用 面 の 改 善 な

界 の 第 一 線 に 引 き 上 げ た ８・２ メ ー ト ル の望遠鏡﹂︒日本の光赤外天文学を一気に世

20

協力
ハワイ観測所03

すばる望遠鏡の最新レポート
観測開始から20年。ますます進化する「すばる望遠鏡」の近況と最近のおもな研究成果をご紹介します。

●01 はじめに

神戸栄治（ハワイ観測所）

で力をつけた研究者が、すばる望

年間、特に前回のすばる特集号

遠鏡用の次世代観測装置の開発を（2016年7月号）以降に得られた

すばる望遠鏡が観測を始めてか牽引したり、いろいろな宇宙望遠

科学成果を中心に紹介していきまら、20年が過ぎました。当初は、

鏡との共同研究を推進したりするす。また、後編（近月号予定）で国内に2 m 級望遠鏡しかなかったなど、すばる望遠鏡の能力をさらは、我々が2022年度以降に実施

光赤外観測天文学の研究者たちに引き出しています。そして、しようとしている「すばる2」計が、すばる望遠鏡稼働以来、世界2020年代にすばる望遠鏡は、そ画の概要について、紹介します。

に伍すべく一心に装置開発や観測の超広視野天体観測能力を最大限天文学に打ち込み、これまで輝かに生かして、よりいっそうの飛しい科学成果を生み出してきまし躍を遂げようとしています。そた★01。今日では、そうした環境

こで、9月号の前編では、ここ10

図01★ newscope★01

この場を借りまして、すばる望遠鏡を実現

し、またその成長に尽力してくださった方々に、改めて感謝いたします。

望遠鏡・観測装置操作端末の画面をみながら、自宅などから観測に参加する観測者。S20B から公開された高分散分光コロナグラフ REACH と IRDで系外惑星を初観測中。

04

小山佑世
（ハワイ観測所）

●02 最近のすばる

積極的に模索しています。装置開発で

本題の科学成果の紹介に入る前は、まもなく稼働すに、最近のすばる望遠鏡の状況にる PFS（後編で紹介

ついて、簡単にご紹介しましょ予定）の開発に7かう。前回の特集号でも触れられま国で十数の研究機関

したが、すばる望遠鏡の予算はや大学連合が参加し年々厳しくなっており、ハワイ観ていますし、NASA/

測所では、あらゆる面で、より集

ESA の次世代宇宙望

中的かつ効率的な運営をするよう

遠鏡ナンシー・グレーに努力しています。

ス・ローマン宇宙 望観測装置については、2020年

遠 鏡（ 旧 WFIRST）

代には、超広視野主焦点カメラ

や Euclid 宇宙望遠鏡

HSC（運用中／ p12-18参照）、超との国際共同研究計広視野多天体分光器 PFS（2023

画が進められ、南天年頃から運用開始）、広視野高で超広視野撮像サー

解 像 赤 外 線 観 測 装 置 ULTIMATE

ベイ観測を行う予定（2020年代後半に運用開始）の3のベラ・ルービン天★02

が、文台との協力も検討

運用の負担を抑えるために、並行されています。一方して既存装置の廃止も進めていくで、 国 際 共 同 運 用予定です。実際に、2020年前期の実現には、連携研をもって冷却中間赤外線分光撮像

究機関との長期的、装置 COMICS の運用を停止した

総合的な科学目標の共有、パーところです（p11参照）。一方で、トナーの所属する天文コミュニ

ハワイ観測所では、外部資金で開ティーや国の理解、なども必要発された近赤外超精密視線速度観となり、時間がかかります（図このように、すばる望遠鏡を取測装置 IRD（p19参照）や持ち込

02）。今後も、装置開発や研究をり巻く情勢は大きく変わりつつあ

み観測装置である近赤外線2色同共同で進めていきながら、実現可

りますが、世界第一線の科学成果

時多天体分光撮像装置 SWIMS を

能な国際共同運用の形を見出してを創出し続けるというすばる望遠

共同利用に供して、可能な限り観いくことになります。より多くの鏡の使命はこれからも変わりませ

測研究の多様性を維持するように方々から、関心、支援、協力を頂ん。ハワイ観測所は、柔軟かつメくことができればと思います。

リハリをつけた運用でこれからも台が重点装置となります

しています

★03

。

図02

インドを訪問して、国際共同運用について協議中。

●03 すばる望遠鏡の科学目
標と成果

また、運用面では、リモート観

すばる望遠鏡を運用する上で欠すばる望遠鏡の成果創出を支えま測の強化（図01）、山頂無人観測

かせないのが、地元の理解と協力

す。すばる望遠鏡の観測データに化計画、サポートアストロノマーです。すばる望遠鏡も一員であ基づく科学論文は、運用開始から★04の業務の見直し（夜間観測支援をるマウナケア天文台群

減らし、新規観測装置のための科ては、2033年に期限がくるマウ

学運用支援などに力を注ぐ）など

ナケア山頂の土地借用権（マスを進めています。老朽化が進行す

ター・リース）の更新が、ハワイる望遠鏡やドームについては、運州の天文学全体に関わる直接的な用・保守・改修等を観測所が主体関心事で、マウナケアの管理体制となって行う内製化を推し進め、の改善など、より一層地元の理解

より経済的な老朽化対策計画を練が得られるように活動していまり、国立天文台として予算の獲得す。なお、TMT とすばる望遠鏡

努力をしているところです。

の関係については、後編の記事で& II、Gemini North、4 m級であるCFHTとUKIRT、紹介する予定です。

運営する天文台などから構成されています。

ハワイ観測所は、国際協力もにとっ20年が経った今も増え続けてお★ newscope ＜解説＞★02

初期の頃はすばる望遠鏡の予算で観測装置開発が行われましたが、現在では、ほぼ国内外の外部資金で開発が行われています。

★03 SWIMS を運用している間、類似の機能を持
つ多天体近赤外撮像分光装置MOIRCSは休眠します。

★04 8 m 級望遠鏡であるすばる望遠鏡、KECK-I
JCMT などの電波望遠鏡、およびハワイ大学等が05

● HSC-SSP
HSC-SSP は、視野1.75平方度
を も つ HSC の 観 測 に 合 計 約330
夜を投入する、すばる史上最大のサーベイプログラムです。2019
年2月と3月の国立天文台ニュースでも「HSC が拓く宇宙」と題して前後編の特集が組まれました。サーベイの完遂にはもう少し時間を要しますが、これまでにも初期宇宙の多数の銀河・銀河団・超巨大ブラックホールの発見（図03； 文 献 [1][2][3] な ど ）、 重 力 レ
ンズ効果に基づく史上最大規模のダークマターの3次元地図の構築
図03 HSC の大規模サーベイで見つかった130億年前の宇宙の巨大ブラックホール。遠方宇宙の暗くて稀な天体を見つけるうえで、HSC は特に威力を発揮する。（クレジット：国立天文台）（図04；文献 [4]）など、数多くの重要な科学成果を挙げています。
2018年 に は PASJ 誌 で HSC-SSPの特集号も組まれ、40本の論文が同時に発表されました。近年
は HSC-SSP のデータをもとに学位を取得する大学院生も増えており、我が国の大学院教育においても重要な役割を担っていると言ってよいでしょう。
●太陽系外惑星の観測
太陽系外惑星の研究も進んでいます。近赤外超精密視線速度
観 測 装 置 IRD の 観 測 に よ っ て、
TRAPPIST-1（トラピスト -1）と

図04 HSC データによる弱重力レンズ効果を用いて描き出された、10億光年（赤経方向）× 2.5

よばれる恒星のまわりの惑星系

億光年（赤緯方向）× 80億光年（奥行き）の3次元ダークマター分布。すばる望遠鏡の大集光力とで、ハビタブルゾーンにある地

HSC の広い観測視野、そしてマウナケアの素晴らしい観測条件が合わさって実現した、史上最大規模のダークマター地図といえる。（クレジット：東京大学／国立天文台）

球型惑星の公転軌道が初めて明らかになりました（p19参照：文献 [5]）。IRD-SSP は 2019 年 に 始り、現在は年間で約140本の査読用開始に合わせて公募される「戦略まったところですが、まだこれか

論文が出版されています。平均す枠プログラム」（Subaru Strategic

ら数多くの驚くような発見を私た

ると約2.5日に1本のペースですば

Program;「SSP」） の 存 在は 重 要

ちに届けてくれるに違いありませ

る望遠鏡からの研究論文が発表さです。この SSPは10年以上前からん。他にも太陽系外惑星の直接撮れているのです。

行われており、2010年代前半には像を目指す、すばるの極限補償“SEEDS”、“Fastsound”といった光学装置 SCExAO と近赤外線高すばる望遠鏡が世界の第一線を

06

★05

走り続けるためには、コミュニティ

プログラムが実施されましたのニーズに合致した新規観測装置

現在は2014年に開始されたHSCにの開発や新機能の搭載、つまり望よる SSP、2019年に始まった IRD

遠鏡として進化を続けることが鍵との SSP が 進 行 中で、 その成 果がなります。特に新規観測装置の運日々発信されているところです。

。

コントラスト面分光装置 CHARIS★ newscope ＜解説＞
★05 SEEDS お よ び Fastsound に つ い て は、
2013年12月の国立天文台ニュースで特集されています。詳細はそちらをご覧ください。

を用いた原始惑星系円盤の観測（図05；文献 [6]）など、すばる望
遠鏡では様々な手法を駆使して惑星形成の謎に挑んでいます。
●マルチメッセンジャー天文学
マルチメッセンジャー天文学とよ
ばれる、多波長横断型の突発天体研究のなかでも歴史に残るイベント
は、2015年のブラックホール合体から放たれた重力波の初検出、さらに2017年の中性子星合体による重力波の検出という、当該分野の研究者でなくても心踊った重力波
天文学の幕開けといえるでしょう。
2017年のイベントではすばる望遠鏡
は重力波源の追跡観測に成功し、

図05

すばる望遠鏡の極限補償光学 SCExAO と近赤外線面分光装置 CHARIS で観測された若い太陽型の恒星 LkCa15。二重構造をもつ原始惑星系円盤が見えている。高い空間解像度が実現できる補償光学によって、星形成・惑星形成現場の詳細な理解が進んでいる。
（クレジット：国立天文台／ SCExAO チーム）

重力波研究でも重要な役割を担うことができました（図06；文献 [7][8]）。
●多様なサイエンスと時間交換
戦略枠としてコミュニティをあげての大規模なプログラムが進行していることで、近年すばる望遠
鏡では従来型の小規模グループによる数夜規模の一般共同利用観測はやや減少傾向にあります。しかしすばるの観測時間獲得の競争率
は、夜数ベースで約5倍という非常に高い水準が保たれており、大型のプログラムだけでなく、幅広いニーズがあることも分かります。またすばる望遠鏡で10年以上続いている Keck 望遠鏡および Gemini 望遠鏡との時間交換
も、すばるの観測時間同様に高い競争率が維持されています。すばるユーザはすばる望遠鏡だけでな
く、マウナケアの他の望遠鏡も利用して幅広いサイエンスを展開しているのです。最近ではすばる望

図06

2017年の重力波イベント GW170817の対応天体。すばる HSC による z バンド画像と南アフ

リカの IRSF 望遠鏡で取得された近赤外（H バンドと K バンド）の画像で3色合成されている。発生から時間が経つにつれてカラーが変化し、近赤外線で明るくなることも分かる。
（クレジット：国立天文台／名古屋大学）

文献 [1] Matsuoka et al. 2019, ApJ, Volume 872, Issue 1, article id. L2, 6 pp.
文献 [2] Ouchi et al. 2018, PASJ, Volume 70, Issue SP1, id.S13
文献 [3] Toshikawa et al. 2018, PASJ, Volume 70, Issue SP1, id.S12
文献 [4] Miyazaki et al. 2018, PASJ, Volume 70, Issue SP1, id.S27
文献 [5] Hirano et al., 2020, ApJ, Volume 890, Issue 2, id.L27, 7 pp.
文献 [6] Currie et al. 2019, ApJ, Volume 877, Issue 1, article id. L3, 8 pp.
文献 [7] Utsumi et al. 2017, PASJ, Volume 69, Issue 6, id.101
文献 [8] Tanaka et al. 2017, PASJ, Volume 69, Issue 6, id.102
文献 [9] Do et al. 2019, Science, 365, 664

遠鏡と Keck 望遠鏡との協調観測による、銀河系中心のブラック

次頁以降では、すばる望遠鏡のべてではありません。すばる望遠

ホール周りの恒星の運動の観測か

最新の科学成果をピックアップし、鏡からは毎年多くの研究成果がリら一般相対性理論の検証に成功し各分野ですばるのサイエンスをリーリースされています。ぜひこの機会た研究成果（文献 [9]）なども記

ドする方々に解説いただきますが、にすばる望遠鏡のウェブサイトも憶に新しいところです。

もちろんここで紹介される成果がすチェックしてみてください。
07

研 究 ト ピ ッ ク ス 01

すばる望遠鏡 2020

巨大惑星の屋根：宇宙空間へつながる木星の大気を探る

笠羽康正（東北大学 理学部
惑星プラズマ・
大気研究センター）

北 元（東北工業大）佐藤隆雄（北海道情報大）

惑星の大気に「屋根」はない。
それは宇宙空間へ直接つながっている。

波）観測施設など地上望遠鏡、JAXA ひさき
紫外線望遠鏡衛星など宇宙望遠鏡、そして人工衛星や周回探査機で捉え、数値モデルも組

地球で暮らす我々には、大気はしっかり地

み合わせてその過去・現在・未来を見ている。

表へ結合して見える。時に大風が吹き大雨が重力でかろうじて繋がれ、組成や太陽距離な降り、増大する CO2 によって温度が上昇すどで異なる影響を受ける太陽系の惑星大気

る我が大気では、その変動は下方すなわち地の追求に道は二つ。1つ目は岩石主体の惑星、面や海洋から来るように見える。天気予報も

すなわち火星・金星やタイタンを地球と共に雲や旅客機が漂う対流圏（高度約10 km 程度

調べること。似て非なる彼らは「地球の命運まで）の物語。しかし晴れた空の向こうには、を知る」道となる。2つ目は巨大惑星、すな

太陽・月・惑星・星々も見えるはず。大気は

わち木星・土星や天王星・海王星を調べるここれらが漂う宇宙空間へと地続きでつながる、と。宇宙に溢れる惑星系の主役であり、「惑

明確な「屋根」を持たない、不安定な領域で星の命運を知る」道となる。

ある。惑星の形成期には、大量の物質が落下

後者の代表、木星には NASA Juno 探査機

し、大量の大気が流出していった。今も惑星が2016年から周回し、高度4～8千 km まで接間塵が降っては蒸発し、電子・イオンがぶち近する初の探査機として、電波・磁場・重力

当たっては加熱し、水素など軽い原子・分子場などの観測でこの太陽系最大の惑星の正体がゆるゆる流出していく。

に迫っている。本記事は、Juno 探査機を支こうした惑星と宇宙空間とのやりとりを、援する木星の大気の“屋根”の観測、なかでも我々は東北大ハレアカラ（光赤外）
・飯館（電すばる望遠鏡（図01）による成果をご紹介する。

図01 観測チームの紹介。[ 左 ] IRCS による近赤外観測チーム。左から宇野（現・三菱電機）、私、Pyo さん（国立天文台）。北（現・東北工大）や院生諸氏も参加。
[ 右 ] COMICS による中間赤外観測チーム。左から藤吉さん（国立天文台）、Sinclair（NASA/JPL）、佐藤（現・北海道情報大）、Orton（NASA/JPL）、私。北（現・東北工大）や院生諸氏も参加。

08

、地球サイズに匹敵する木星の「屋根裏」
高度へ広がる「熱圏大気」を捉える。
木星は、その強い磁場で地球とは桁違いな量とエネルギーの電子・イオンを捉えている。
これらは高度200～数千 km に広がる「熱圏」（図02・上方部）へ降り注ぎ、強力なオーロラ
発光を生み出す。地球方向からは木星の昼間側しか見えないため、本来は雲からの明るい
太陽反射光に埋もれてしまうが、高度約200
km 以下の成層圏（図02・中央）に広がるメ
タンが紫外線・近赤外線の一部を吸収して雲反射光を隠すため、熱圏発光が顔を出す。
紫外線は地球大気を通らず、宇宙望遠鏡からのみ観測できるが、近赤外線は地上観測が可能である。ここではプロトン化水素分子
H3+ という見慣れないイオンが光る。岡武史
先生（シカゴ大名誉教授）が見出されたこの発光は、H2に溢れる領域に高エネルギー粒子が降り注ぐ下で生まれ、この宇宙では星間分

図02

木星大気の構造。雲反射光で目で見える「木星の表面」（約1気圧：高度 0 km としている）から地球半径に匹敵するサイズへはるか広がり、宇宙空間へとつながる。太陽紫外線・X 線とともに、高エネルギー粒子や惑星間ダストが宇宙空間から降り注ぐ。

子雲と惑星の熱圏大気がこの生成条件を満たす。木星では1989年にフランスグループが偶然発見した。

0.1 arcsec）を達成できる。成果の一例を図

我々はこの熱圏発光をすばる望遠鏡の近赤03に示すが、①強い発光域が500～1000 k ｍ

外線分光器 IRCS で観測してきた（図01左）。

を中心に広がること、②温度は約1000 K 以上

ガリレオ衛星群を用いた Adaptive Optics で、に達すること、③高高度では衝突頻度の低下

探査機に匹敵する空間分解能～250 km（～で熱平衡が崩れていくこと、④ H+3 分子の生図03

熱圏の水素発光。[ 上左 ] haze が広がる極域にスリット（縦黒線）を当てる。[ 上右 ] 分光結果（横軸 - 波長、縦軸 - 高度）。連続光の上端は「雲・haze 反射で見える“惑星の縁”」。H+3 ・H2発光は更に上、高度数千 km へ広がる。[ 下中 ] H+3 で見る南北極のリング状発光。数十分周期の脈動現象も発見した。[ 下左・右 ]北極・南極の発光高度分布。500-1000 km で最も激しく発光する。K-band（2 μm）は L-band（3-4 μm）より高温成分を反映。

09

図04 成層圏のメタン（CH4）発光。[ 上 ] 発光は北極・南極オーロラオーバルの内側を埋め尽くす。同領域ではエタン（C2H6）などより複雑な分子も。[ 下 ] メ
タン発光に見える成層圏温度と太陽風圧（推定）との関係。強い太陽風があり通常期よりも数 K 高温となった。

成・消滅速度に匹敵する数十分周期の脈動が介して木星 - 宇宙空間結合に観測可能な影響あること、などを明らかにしてきた。

を与えることが我々の数値モデルで示されて一方、水平空間分布には謎を残す。H+3 発
光は、北・南磁極をリング状に囲む紫外線
オーロラ発光域（オーロラオーバル）で最大となった（図03下中）。これは、高エネル
ギー電子による H+3 分子の生成理論を支持す、雲の上へはるか木星の「中二階」
広がる「成層圏大気」を捉える。

る。一方、近赤外域で同時観測される水素分

紫外・近赤外発光をもたらす高エネルギー子（H2）発光は、オーロラオーバルの内側を粒子は、高度200 km 以下にある成層圏までも埋め尽くした。この領域は紫外線では暗い侵入しうる（図02中央）。この領域では下層

が、より高エネルギーの粒子が光らせる X 線

大気からメタン（CH4）が拡散上昇してく発光で知られる。本領域は太陽風と木星磁気るため、高エネルギー粒子の衝突でエタン

圏の境界域へ磁場でつながっており、境界域（C2H6）などの複雑な炭化水素も作り出されに絡む粒子加速・加熱の機構は、Juno 探査機

る。これらの分子群が中間赤外にもつ多くのでも未解明のトピックである。

吸収・発光を、我々はすばる望遠鏡の中間赤

最近、この高度で鉄の発光も報告された。
+

10いる。今後のテーマとして注目している。

外線分光器 COMICS で観測してきた。波長

我々の観測では H3 輝線の1つとして認識してが長く空間分解能は口径で支配されるこの波きたもので、その真贋は未決着である。鉄で長域は、8メートルという大口径が重要である。

あれば、木星に降り注ぐ惑星間ダストに起因2017年1・2・5月の観測（図01右）では、近するはず。木星近傍のダスト量ははっきりし赤外線の H2発光と同様に極域全体を覆うメ

ないが、金属イオンは電離圏の電気伝導度をタン発光（図04上）とより複雑な炭化水素を●論文掲載情報< 近赤外観測 >Watanabe, H.; H. Kita, C. Tao, M.
Kagitani, T. Sakanoi, Y. Kasaba(2018). Pulsation characteristics
of Jovian infrared northern aurora
observed by the Subaru IRCS
with adaptive optics. Geophys.
Res. Lett. 45, 21, 11,547-11,554,
doi:10.1029/2018GL079411.
< 中間赤外観測 >S i n c l a i r, J . A . , G . S . O r t o n , J .
Fernandes, Y. Kasaba, T.M. Sato,
T. Fujiyoshi, C. Tao, M.F. Vogt, D.
Grodent, B. Bon-fond, J.I. Moses,
T.K. Greathouse, W. Dunn, R.S.
Giles, F. Tabataba-Vakili, L.N.
Fletcher, P.G.J. Irwin (2019). A
brightening of Jupiter's auroral
7.8-micron CH 4 emission during
a solar-wind compression. Nature
Astronomy 3, 607-613, doi:10.1038/
s41550-019-0743-x.

捉えた。宇宙から降下する高エネルギー粒子
が成層圏上層部の温度を変動させ、また複雑な炭化水素生成へと進行させている。1日程
度の短時間で変動が起きうること、この変動に太陽風圧との相関が見うけられることも発見した。これは、熱圏よりも深い高度まで宇宙空間からの影響が直接及びうることを示唆する。中間赤外観測は、その能力を持たない
Juno 探査機を支える上で重要であり、アルマ望遠鏡と共同した対流圏大擾乱の垂直構造の NH3雲・ガス変動による追跡、雲層の非一様に起因する自転変動を用いた系外惑星の大気変動解釈法の示唆といった成果にもつなげてきた。
この高度域はそこを漂う霧・もやでも知ら

図05

Subaru COMICS Open-Use 最終観測風景（2020/7/28, 30）。コロナ禍の折ながら7月頭から利用可能となった三鷹リモート観測室、今回観測の主役・木星、そして名残を惜しみ巡礼した金星・土星・天王星・海王星の QL 像。雲層・CNH 系分子・温度場など多様な情報を含むこの波長帯とはしばしのお別れです。COMICS に関わられた皆様、お疲れさまでした。

れ、これらは炭化水素分子の凝結によるとされる。固体表面のない木星ではこれらは内部へ沈降してしまい、より複雑な有機化合物の生成へとつながることはない。しかし「表面」を有する惑星であればどうか？

宇宙空間から降り注ぐ高エネルギー粒子が引き起こす大気中の化学反応は地球や火星・金星でも見られ、我々の研究テーマの1つである。これらの惑星でも、形成直後で水素を豊富に含む大気を有した時代には、宇宙からの刺激で有機高分子が生成・蓄積されたことはありえる。現在もメタンを含む大気と固体表面を持つ天体がある。土星の衛星タイタンは、メタンを含む表面で約2気圧に達する大気を持ち、木星極域と同様に炭化水素の霧が浮遊していることが知られる。メタンの雨とともに表面へと落下し地表に集められた物質の行方は？

この衛星をドローンで探査する米国のDragonﬂy 計画が昨年採択されており、若かりし頃の太陽系惑星たちや他の恒星を巡る系
外惑星たちの変動と進化にも手がかりを与えてくれるかもしれない。
なお、冷却など費用がかかることもあり、
COMICS は我々がコロナ渦中で行った2020

図06

活動中の NASA 木星探査機 Juno（左上）と JAXA 紫外線・極端望遠鏡衛星ひさき（左下）。そして2020-30年代の周回を目指して開発中の NASA Europa Clipper 探査機（右上）および ESA JUICE
探査機（右下）。

年7月末の観測をもって Open-Use が停止された（図05）。これで中間赤外観測能力を持
つ8メートル級望遠鏡は ESO の VLT（VISIR）

む。木星系では、Juno 探査機・ひさき望遠鏡のみとなる。日本における中間赤外線観測

衛星の次に2020～30年代を目指して NASA

は、観測開始に向け整備が進む東大アタカマの Europa Clipper と ESA の JUICE が 開 発 中

天文台 TAO 6.5メートルと、開発途上の ESA-である（図06）。ひさき望遠鏡を開発した私JAXA 赤外線宇宙望遠鏡 SPICA 計画へ引き継たちは、JUICE でも搭載観測装置の開発にがれる。

参加し、コロナ渦の中で懸命に作業中である。
とはいえ、探査機は重量制約も厳しく決して

探査機と望遠鏡：宇宙空間と惑星大気のつながりを求めて万能ではなく、より継続的な地上・宇宙望遠

太陽系の研究は、世界各国が競争・共同して大・名大・京大の協力で開発途上でもある。

進める探査機群が到着するたびに飛躍的に進ご支援頂けると幸いです。

鏡によって支えられている。東北大では口径
1.8メートルの新望遠鏡 PLANETS をハワイ

11

12

すばる望遠鏡主焦点に装着された超広視野主焦点カメラ
Hyper Suprime-Cam（HSC）とすばる（プレアデス星団）。

研 究 ト ピ ッ ク ス 02

すばる望遠鏡 2020

銀河系の端が見えてきた！
千葉柾司（東北大学）

はじめに
私たちの研究チームは、すばる望遠鏡の
超広視野主焦点カメラ Hyper Suprime-Cam（HSC）が撮像したデータを用いて、銀河系の最遠端、すなわち銀河系を形作る星ぼしの世界の境界をはじめて見極めることができました。その大きさは半径52万光年もあり、銀河系中心から太陽系までの距離の20倍にもなることがわかりました（図01）。このような銀河系の端まで広がる星ぼしは、年齢が120
億年前後の最長老の星々で、銀河系の初期に生まれたものであることから、銀河系がどのように形成されたかを知る上で大変重要な手
がかりを与えてくれます。

銀河系の全体構造とハロー
私たちが住む銀河系は、大きく分けて天の川にあたる銀河系円盤部とそれを取り囲むハローと呼ばれる広大な領域から構成されています。天の川には太陽を含めた約1000億個

図01

銀河系の概念図。銀河系中心と太陽までの距離は約２万６千光年。天の川（銀河系円盤部）のまわりにはハローと呼ばれる広大な空間領域があり、年齢が120億年前後の古い星が分布しています。今回の研究から、このハローの半径が52万光年にものぼることがわかりました。
（クレジット：東北大学）の星が円盤状に分布していて、年齢が数10
億年の若い星でできています。一方、ハロー型変光星と呼ばれる明るい星があり、絶対等には年齢が120億年前後の古い星が約10億個、級がほぼ一定なので銀河系の中の標準光源と球状星団★01が約150個ほど分布していて、天して使用することができます。これまでもこの川の部分を囲む広大な領域に渡っています

れらの星を用いて銀河系ハローの地図作りが（図01）。つまり、ハローには銀河系の初期に行われてきましたが、その観測には中口径望生まれた星があり、銀河系が形成された当初遠鏡が使われてきたため、銀河系ハローの端はその大きさは現在の天の川の部分に比べてにあるような暗い星を捉えることはできませ

たいへん大きな状態であったことになります。

んでした。

これは銀河系が初期に多くの小銀河の合体をH経て形成され、その痕跡が広範囲に分布する
年齢の古い星として残っているからです。
では一体、このハローはどこまで広がって★ newscope ＜解説＞
★01

球状星団

約10万個の星が半径30光年程度の小さな球状の領域に密集する星団。種族IIに分類される星からなり、銀河系の初期に形成されたと考えられている。

yper Suprime Camによるハ
ローマッピングいるのでしょうか。それを知るためには、ハ

このような暗い星の探査には、8.2メート

ロー全体に広がっていて、かつハローの端ルという大口径を持つすばる望遠鏡と超広視にあっても同定できるような明るい目印と野焦点カメラ HSC の組み合わせがたいへんなる星を使うと便利です。そのようなものとし威力を発揮します。なぜなら、遠方にあるハて、青色水平分枝星（Blue Horizontal Branch

ロー星を検出するためには広い視野を暗い

stars：BHB 星・p14かこみ参照）やこと座 RR等級まで探査する必要があり、すばる望遠鏡
13

と HSC は世界で最も良い組み合わせだからです。私たちは、HSC の戦略枠プログラム（Subaru Strategic Program：SSP）で行われている広域測光サーベイのデータを用い、さらに銀河系ハローの地図を作るための星として BHB 星に着目しました。このタイプの星を同定するには、まず HSC-SSP の観測デー
タの中から点源である銀河系内の恒星を選び、さらにこの中から複数の測光バンドを組み合わせて BHB 星の候補天体を抽出します。
この方法では、他の点源天体（Ａ型スペクト
ルの主系列星で通称青色はぐれ星、白色矮星、クエーサー、ならびに遠方銀河）を天体の色の情報からうまく取り除く必要があり、注意
深い統計解析が必要になります。
この解析を行い銀河系ハローにおける
BHB 星の大域的な分布を導出したのは、当時
東北大学大学院修士学生の福島徹也さんです。
福島さんは、HSC-SSP の測光観測で用いられる g, r, i, z バンドのデータを組み合わせた
天体の色の情報から、BHB 星の候補天体を確率論的に導出するプログラムを開発しました（図02）。この方法では太陽系からおよそ120

図02

今回の解析で明らかになった青色水平分枝星（青色）と青色はぐれ星（赤色）の大域的な空間分布。HSC-SSP は太陽系から見て特定の方向を観測しているので、扇形の分布に見えている。1キロパーセクは約3260光年。
（クレジット：東北大学）

万光年の距離まで星の性質を詳しく調べることができるので、考えられる銀河系ハローの端を十分にとらえることができます。ちなみに、これまで行われてきた銀河系ハローの地図作りでは、距離にしてせいぜい32万光年くらいまでしかカバーできなかったので、銀河系の端までは届きませんでした。BHB 星の空間分布は、図03に示すように銀河系中心からの距離とともに減少する傾向を示します。
さらに、半径が約52万光年のところで急激に数が落ちていますので、このあたりが銀河系
ハローの境界になっている可能性がとても高い結果となりました。このように銀河系の最遠端を捉えることができたのは世界ではじめてで、まさにすばる望遠鏡と HSC のおかげです。

銀河系形成への示唆

図03 銀河系ハローにおける青色水平分枝星とこと座 RR 型変光星の数密度分布。赤い実線
が今回得られた BHB 星の分布で、銀河系中心から52万光年の場所で急激に減少しています。他の色の線はこと座 RR 型変光星を用いた先行研究の結果で、内側で数密度の減少率が外側の BHB星のものに比べて急になっている傾向があります。これは内側のハローと外側のハローで形成機
構が違うことを示唆していて、数値シミュレーションでも同様の傾向が報告されています。
（ク
レジット：東北大学）

このような銀河系ハローの特徴的な分布は、

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銀河系形成過程に重要な示唆を与えます。特ローの合体過程を理解する上で重要な制限にに、動径分布がハローの内側で急な一方、今なります。ちなみに、アンドロメダ銀河のハ

回の BHB 星の結果から外側で緩やかになる

ローに関する観測研究も進んでおり、今の傾向（図03）は、最近の数値シミュレーショ

ところ中心から約53万8千光年の距離までハいの重力で集まったハロー領域のこと

ンの結果と合致しています。これは、内側のロー領域が広がっていることが確認されていをいう。銀河系ではその総質量は太陽

ハローは先に生まれ外側は最近の矮小銀河合ます。アンドロメダ銀河ハローは銀河系ハ体から形成されたことを示します。また、こローと他の面で違っていることが多く、これのような恒星系ハローの空間的な大きさはは銀河系と異なる合体史を経て形成されたこ

ダークハロー★02のそれに匹敵しており、ハとを反映していると考えられています。

★ newscope ＜解説＞★02

ダークハロー

暗黒物質であるダークマターがその互の１兆個分になり、光ってみえる星の10倍程度に相当する。

終わりに●青色水平分枝星とは、太陽よりも軽い小質量の星で年齢が古く進化が進んだ星で、その中心部でヘリウムが核融合反応を起こして輝いています。星の色・等級図の中で絶対等級が星の色によらずある一定の明るさになっていて、この成果を共同研究者の小宮山裕さん（国立天文台）に勧められて表題と同じタイト
ルでプレスリリースをしました。専門家で図の中で水平に分布する様子を示すので水平分枝星と呼ばれます。水平分枝星の中で、色が青いもの（同じ水平分枝にあること座 RR 型変光星よりも青いもの）を青色水平分枝星といいます。

ある私たちにとっては今回の成果はそれほど驚くこともなく普通に受け止めていました
が、（わかりすぎるタイトルからか）たくさんのメディアから質問が来てまた取り上げてくださりました。ある新聞社から来た電話では、「ネット検索すると銀河系の大きさは（円盤部に相当する）半径5万光年と書いてあり、
今回は大発見なのか？」といった質問がありました。そこで、丁寧に回答したところ、初めて聞いてよく理解できたという感想をいた
だきました。銀河系の構造や大きさは実際ど
ういったものなのか、一般の人にも多少ながら伝わったと思い、プレスリリースをして良かったなと痛感した次第です。

●論文掲載情報
Fukushima, T. et al. 2019, “The stellar halo of
the Milky Way traced by blue horizontal-branchstars in the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey”,
PASJ, 71, 72.

グラフは銀河系の球状星団 M68の色・等級図。青色で囲んだ領域にある星が青色水平分枝星（Salaris et al. 1997, ApJ, 479, 665より）すばる望遠鏡（左）に取り付けられる HSC（右）。

15研 究 ト ピ ッ ク ス 03

すばる望遠鏡 2020

すばる望遠鏡、
130億光年かなたの宇宙に銀河団を発見
播金優一
（東京大学
宇宙線研究所）宇

宙の構造の屋台骨、銀河団

すばる望遠鏡を用いた原始銀
河団探査

★01

銀河団

数千個の銀河によって形成される銀河の集団。ダークマターを含めた総質量

現在の宇宙には、1000個程度の銀河が集まった「銀河団」★01が存在しています（例：★ newscope ＜解説＞

このような原始銀河団はいつの時代から存在は1014-1015太陽質量で、宇宙に存在する最も重い自己重力系（自らの重力図01）。例えば、我々の地球から最も近い銀していたのでしょうか？

河団であるおとめ座銀河団には3000個以上

原始銀河団はあったのでしょうか？ それを知るの銀河があります。銀河団は宇宙で最も質量ためには、なるべく昔、つまり遠くの宇宙を調の大きな天体であり、さらに銀河団同士はおべる必要があります。しかし、原始銀河団は周互いに結びつき合ってより大きな構造（宇宙辺に比べて格段に密度が高い特別な領域なのの大規模構造）を作っています。そのため銀で、稀な天体であり、簡単には見つかりません。

河団は宇宙の構造の要であり、138億年の長そこで私たちは広い視野を持つすばる望遠鏡「128.7億光年かなたの宇宙」とよくい宇宙の歴史の中でどのように銀河団が形作の最新撮像装置「ハイパー・シュプリーム・カム

表現されるが、実際には宇宙は膨張しられてきたのかを調べることは天文学におけ（Hyper Suprime-Cam；HSC）」を使い広範囲ているため現在は128.7億光年よりもる重要な課題のひとつです。

を探査することで、数少ない原始銀河団を含銀河団の形成起源に迫るために、天文学者
たちは銀河団の祖先だと考えられている「原もっと昔の宇宙にもむ広大な領域の宇宙の地図を作りました（図02）。

始銀河団★02」を探してきました。原始銀河

で形状を保っている系）である。

★02

原始銀河団

現在の銀河団に進化すると予想される過去の銀河の集団。主に宇宙年齢が約30
億年よりも若い昔の宇宙で見つかる。

★03

距離

さらに遠い場所に存在している。例えば、128.7億年前の銀河から発せられた光は128.7億光年の距離を旅して地球に届くが、光を発した銀河は現在の宇宙では300億光年ほど離れてしまっている。

団は昔の宇宙で確認できる形成途中の銀河団で、10個程度の銀河が密集している天体のことです。これまでの観測により20個ほどの原始銀河団が見つかっていますが、その中で最も昔のものは、2012年にすばる望遠鏡
がかみのけ座の方向の「すばる深宇宙探査領域（Subaru deep ﬁeld；SDF）」で発見した、
128.7億光年かなた★03（128.7億年前の宇宙）の原始銀河団でした。

図01 地 球 か ら54億 光 年 か な た の 宇 宙 に あ る
MACS1149銀河団。中心には巨大銀河が存在する。
(credit：STScI)。

16

図02

129.7億年前 ( 赤方偏移 z=6.6) の銀河の分布図。横軸が赤経、縦軸が赤緯。黒い点が銀河の位置を示し、青色が濃いほど銀河の密度が高いことを表している。赤矢印の領域に銀河が通常の15倍密集している最遠方原始銀河団 z66OD がある。(Harikane et al. 2019より改変 )最遠方原始銀河団の発見
すばる望遠鏡の HSC による探査の結果、
私たちは宇宙地図のくじら座の方向に、銀河が予想に比べて15倍密集している原始銀河団の候補「z66OD」を発見しました。さらに
ケック望遠鏡およびジェミニ望遠鏡による追加分光観測により、12個の銀河から赤方偏移した水素輝線を検出し（図03）、これらの銀河が地球から129.7億光年の先に存在していることを突き止めました。図04のように12個の銀河は3次元図の中でも密集しており、この観測結果から z66OD は、129.7億光年かなたの宇宙に存在する原始銀河団であることがわかりました（p18・図05）。これは、2012
年にすばる深宇宙探査領域で発見された原始銀河団の最遠記録を約1億光年も塗りかえる、
現在知られている中で最も遠い原始銀河団の発見です。

不可思議な巨大銀河「ヒミコ」の位置と活発な星形成活動

図03

ケック望遠鏡やジェミニ望遠鏡等を使った追加分光観測によって得られた、z66OD 原始銀河団を構成する12個の銀河から検出された水素輝線のスペクトル。横軸が波長、縦軸が波長ごとの光の強さ。黄色で示された信号が赤方偏移した水素輝線 ( ライマンアルファ輝線 ) で、これらの銀河が129.7億光年先の宇宙にあることを示している。(Harikane et al. 2019より )興味深いことに、z66OD の12個の銀河の中には、2009年にすばる望遠鏡によって発見された、巨大ガス雲天体「ヒミコ」がありました（p18・図06）。ヒミコのような巨大天体は質量が大きいので、同じように質量が大きいと考えられる原始銀河団の中に存在す
ること自体は不思議ではありません。実際に現在の宇宙に存在する銀河団の中心にも、
brightest cluster galaxy（BCG）と呼ばれる巨大銀河が存在することが知られています。しかしヒミコは原始銀河団の中心ではなく、中心から5000万光年も離れた位置にいました。
どうしてヒミコが中心に位置していないのかはまだわかっていませんが、これは銀河団と巨大銀河の関係を理解する上で重要な手がかりになるのかもしれません。
さらに私たちはすばる望遠鏡、イギリス赤外望遠鏡、スピッツァー宇宙望遠鏡の観測結

図04 今回の研究によって得られた銀河の分布の3次元図。黒い点が銀河の位置を示し、青色が濃いほど銀河の密度が高いことを表している。赤色の矢印の先が今回発見された観測史上最も遠方にある原始銀河団 z66OD。図の上方向に伸びる軸が奥行きを、手前と右方向に伸びる軸がそれぞれ赤経・赤緯を表している。(credit：国立天文台 /Harikane et al.)

果をもとに、z66OD を構成する銀河の星形成の様子を調べました。その結果、z66OD に銀河団へと成長する原始銀河団が、宇宙年齢属する銀河では、同じ時代、同じ重さの他のが8億年の時代（現在の宇宙年齢の6パーセン銀河に比べて5倍もの星が生まれていること

ト以下の時代）の初期宇宙に既に存在していがわかりました（p18・図07）。なぜ z66OD

たことがわかりました。一方で、近年の観測

128億光年かなたの原始銀河団には、の中の銀河で星が効率よく生まれているのか、により原始銀河団には、塵に覆われた巨大な塵に覆われた巨大な銀河が複数存在しその原因はわかりません。一つの可能性とし銀河★04も存在していることがわかってきてて、z66OD は質量が大きいために、周りの大います。今回見つかった z66OD にはまだそ

規模構造から星の材料であるガスが大量に供のような銀河は見つかっていませんが、今後給され、星の生まれる効率が高いことが考え

アルマ望遠鏡などの観測が進むと、そのようられます。

な塵に覆われた巨大銀河も見つかり、z66OD

今回の発見により、活発に星を作りながら★ newscope ＜解説＞
★04 塵に覆われた巨大な銀河
今回の研究で筆者らが同時に調べたていることが示唆されています。

の全貌が明らかになるかもしれません。
17

図05

今回発見された観測史上最も遠方にある原始銀河団（z66OD 原始銀河団）の擬似カラー画像。すばる望遠鏡による３色の観測データを合成することで、画像に色をつけている。青色の部分が z66OD 原始銀河団で、青色の濃さは原始銀河団を構成する銀河の天球面密度を表す。12個の拡大図の中心にある赤い天体が、原始銀河団に存在する12個の銀河。(credit： 国立天文台 /Harikane et al.)

●論文掲載情報Harikane et al. 2019, “SILVERRUSH.

図07

図06

130億光年かなたの宇宙に存在する巨大ガ
ス雲天体ヒミコの想像図。 (credit：国立天文台 )。

18

最遠方原始銀河団 z66OD の中の銀河の星形成の様子。横軸が銀河の星質量、縦軸は星形成率で、一年あたりに生まれる星の量を示している。赤色で示された z66OD の銀河は同じ時代の他の銀河に比べて、星形成率が5倍ほど高い。(Harikane et al. 2019より改変 )VIII. Spectroscopic Identificationsof Early Large Scale Structures with
Protoclusters Over 200 Mpc at z~67: Strong Associations of Dusty StarForming Galaxies”, ApJ, 883, 142

研 究 ト ピ ッ ク ス 04

すばる望遠鏡 2020

第二の地球候補の軌道の傾きを制限：
すばる望遠鏡の新分光器 IRD

平野照幸（東京工業大学）

田村元秀（東京大学、
アストロバイオロ
ジーセンター）

はじめに
1995年の太陽型星まわりの系外惑星の発とが予想されました。実際、太陽系では全ての惑星の軌道面の軸は太陽の自転軸と約7度以内でよく揃っています。

★ newscope ＜解説＞★01

ペガスス座51番星 b

ペガスス座51番星は、その周りに系

見は2019年度ノーベル物理学賞を受賞しまところが系外惑星に目を向けてみると、こした。それ以降、数千個もの多種多様な惑星

れが必ずしも事実ではないことが明らかになが発見・確認されていて、系外惑星分野は天りました。恒星の前を系外惑星が周期的に通文学・惑星科学で最もホットな話題であるだ

過するような系を「トランジット惑星系」と

b, c, d... と小文字のアルファベットをけでなく、生物学・化学など広い分野を巻き呼びますが、惑星による恒星面通過（トラン

付与する習慣になっています。ペガス

込みつつアストロバイオロジー（宇宙におけジット）が起こっている系に対して恒星の分る生命の起源・進化・伝播の研究）への新し

光観測を実施すると、「ロシター効果」と呼ばい視点を与えています。それに伴って、系外れる現象（図01）によって恒星の自転軸と惑

惑星の研究でも地球に似た小さな惑星への興星の公転軸のなす角度（図02）を制限するこ

味が加速しています。

とができます。こうした「系外惑星の軌道の外惑星が発見された最初の太陽型恒星です。系外惑星の名前は、見つかった順（あるいは公転周期が短いものから順）に、その中心にある恒星名の後にス座51番星 b は、公転周期が4.23日、質量が0.47木星質量の木星型の系外惑星を表します。

傾き」を調べる研究は2000年代から実施され系

外惑星の軌道の傾きてきましたが、驚くべきことに巨大惑星に対するロシター効果の観測によって多くの系外最初に発見されたペガスス座51番星 b ★01
を含め、これまで見つかっている系外惑星の多くは太陽系の惑星とは全く異なった特徴を持っています。太陽系のように、一番内側の惑星が公転周期約88日の地球よりもずっと
軽い岩石惑星というのはむしろ稀で、過半数の太陽型星が周期100日以内に地球以上の質量（最も一般的なのは数倍から30倍）の惑星を持つことが分かっています。ではこのような短い周期の大きめの惑星はどのようにして形成されたのでしょうか。
系外惑星の発見まで、惑星の形成理論は主に太陽系の惑星を説明するために作られていました。伝統的な形成モデルでは、惑星は原
始惑星系円盤と呼ばれるガスと塵でできた恒星を取り囲む円盤状の天体の中で形成され、恒星に近いところでは固体粒子が少ないこと
から小さな惑星が、恒星から遠いところでは氷が核となってガスを集めることから巨大な惑星が形成されると考えられていました。その際、全ての惑星は同じ円盤内で形成される
ため惑星の軌道面はお互いによく揃ったものになり、その面は恒星の自転軸と直交するこ

図01 ロシター効果の概念図。恒星は一般に自転しているため観測者から見て近づいてくる側と遠ざかる側の半分ずつに分かれます。この恒星面の一部を惑星が隠すことを「トランジッ
ト」と呼びますが、近づいている側を惑星がトランジットするとき恒星は見かけ上遠ざかって観測されます。逆に遠ざかる半球を惑星が隠すと恒星は見かけ上近づいて見えます。このトラン
ジット中の恒星の視線方向の速度を調べることで、惑星が恒星面上をどの様に通過したかを知ることができます。図の左半分は惑星の公転軸と恒星の自転軸が揃っている場合で、右半分は2つの軸がずれている場合に相当します。

19

惑星系（全体の3分の1程度）では恒星の自転
軸と惑星の公転軸が揃ってないことが判明しました。このような軌道の傾いた惑星がどのようにして形成されたのかは未だに議論が続けられていますが、現在までに「複数の惑星が形成された後お互いの重力によって軌道面がかき乱された」とするものや「最初から円盤自体が傾いていた」とするものまで様々な理論モデルが提唱されています。

トラピスト -1 系
図02

軌道傾斜角λは恒星自転軸と惑星公転軸を天球面に投影した角度として定義されます。

最近発見された系外惑星系の中でもトラピ
スト -1系は最も注目を集めている惑星系です。トラピスト -1は、有効温度約2500 K と恒星の中では極めて低温度の M 型矮星で、そのまわりに7つの小型系外惑星（0.77～1.15地球半径）がトランジット法によって発見されています（図03、04）。これらトランジット
惑星の公転周期は約1.5日から19日といずれも短いですが、恒星が低温度かつ小さい（半径は太陽の10% 程度）ことから、7つの惑星のうちトラピスト -1e、f、g については液体の水が存在可能な軌道領域（ハビタブルゾー
ン）に存在すると考えられています。
これらの惑星は異環境における第二の地球と言えるでしょう。太陽系では公転周期88日の水星が最も内側の惑星であることを考えれば、トラピスト -1系がいかに太陽系とは異なる姿をしているか分かると思います。ト
ラピスト -1系がどのようにして誕生して発展してきたのかは現在でも理論的な研究が進

図03 トラピスト -1まわりのトランジット惑星の発見。パネル a と b はトラピスト -1の光度曲線（恒星の見かけ上の明るさの変化）、パネル c は各惑星の周期で光度曲線を折りたたんだ場合に得られる惑星のトランジッ
ト付近の光度変化を表しています。パネル d は7つの惑星の軌道（面）を上から見た模式図。
（クレジット：Gillon et al. 2017, Nature）
められていますが、観測的には惑星の軌道の傾きや大気の組成を調べることでその手がかりを得ることが可能です。特に、ハビタブル

図04

トラピスト -1系の想像図。惑星の軌道長半径等は実際のものとは異なります。
（クレジット：NASA and JPL/Caltech）

20

ゾーンに存在する地球型惑星がどこからやってきたのか（過去に軌道や円盤面が大きくかき乱されることがあったのか）、地球と同様に中心星の自転と同じ向きに公転しているのか、というのは非常に興味深い疑問です。

すばる望遠鏡IRD分光器による観測
私たちはトラピスト -1系の惑星のこうした性質を調べるため、2017年に新たにすばる
望遠鏡に搭載した分光器 IRD を使ってトラピ
スト -1系の惑星のトランジットを観測しました。IRD は、これまで可視光で成功してきた高精度ドップラー法による系外惑星観測を
赤外線で実現するための装置です。この装置には、レーザ光技術（光周波数コム）、高感度赤外線検出器、セラミック光学系、ファイバーなどの赤外線新技術が総合的に活用されています（装置の詳細は次号の記事で紹介の予定です）。
先に述べたように、系外惑星系の中でも特筆すべき特徴を持つトラピスト -1系ですが、恒星が可視光波長で極めて暗い天体であることから従来の方法・観測装置（可視光分光器など）では詳細な特徴付けが困難でした。一
方、トラピスト -1は低温の恒星であるため、可視光線ではなく近赤外線の波長帯で最も明るくなります。近赤外分光器 IRD は、まさに図05 （上のパネル）すばる /IRD の分光観測による、トラピスト -1の視線方向の速度の変化。
トランジットの最中の視線方向の速度の変化は、惑星の軌道傾斜角λが小さい場合のものと一致します。（下のパネル）すばる /IRD とほぼ同時に取られた、米国マクドナルド天文台1 m 望遠鏡
によるトラピスト -1の惑星トランジット付近の明るさの変化。

トラピスト -1のような低温の恒星の観測にはうってつけで、すばる望遠鏡の8.2 m という大口径と合わせて世界でも例のない非常にユニークな観測を実現することが可能です。
2018年8月30日（ハワイ時間）、トラピス
ト -1系の7つの惑星のうち偶然にも3つが一晩のうちにトランジットを起こす（惑星 e、f、b が順番にトランジットを起こす）機会がありました。私たちはその機会をとらえ、す図06

すばる /IRD の観測によって明らかになった、トラピスト -1系の惑星軌道面と恒星自転軸の模式図。
（クレジット：国立天文台）

ばる／ IRD による分光観測によって3つの惑星に対してロシター効果の検出を試みました。

を公転する惑星の発見・特徴付けは、IRD の

結果は図05に示したように、いずれの惑星

ような近赤外観測に特化した新しい観測装置に対してもその公転軸と中心星の自転軸はよの登場によって最近になってようやく可能にく揃っていることが明らかになりました（図なってきました。特に、M 型矮星（太陽質量06）。この結果は、トラピスト -1系では過去の1/2から1/10程度の軽い恒星、赤色矮星とに円盤や惑星軌道の大きな撹乱は起こってお同義）をまわる惑星の軌道面の傾きを調べる

らず、惑星は現在の場所で形成されたか形成

研究は、これまでトラピスト -1を含めて4例

後に円盤内をゆっくりと移動して来たことを（GJ 436、AU Mic、K2-25）しか報告がありま示唆しています。ハビタブルゾーン内にあるせん。この内、トラピスト -1以外の惑星は地惑星に対して（惑星 e と f が該当）ロシター効

球型ではなく海王星型以上の中サイズの惑星

果によって軌道面の傾きが調べられたのはこ系ですが、GJ 436系は惑星軌道面が傾いていれが初めてのことで、トラピスト -1系の惑星るという報告があり、M 型矮星まわりの惑星

は軌道面の傾きという点でも太陽系の惑星との起源を探る動きは始まったばかりです。今似た特徴を持つことが明らかになりました。

後サイズや周期の異なる様々な惑星に対して

今

ロシター効果のような観測を実施することで、後の展望

トラピスト -1のように非常に低温の恒星

M 型矮星まわりの惑星の形成進化史、さらには太陽系との類似点・相違点が明らかになるでしょう。

●論文掲載情報
Hirano et al. 2020, "Evidence
for Spin─Orbit Alignment in
the TRAPPIST-1 System",
ApJL, 890, L27.

21

松野允郁さん、すばる望遠鏡データを用いた博士論文で SOKENDAI 賞を受賞
国立天文台のすばる望遠鏡を用いた研究により2020年3月に総合研究大学
まつの院大学で博士号の学位を取得した松野
ただふみ

允 郁さんが、その優れた成果を評価され、第4回 SOKENDAI 賞を受賞しました。受賞対象となった博士論文のタイトルは「High-Precision Abundance
Study for the Milky Way Halo Stars with
Kinematics and Asteroseismology（日本語タイトル：高精度化学組成と恒星力学、星震学の組み合わせによる天の川
銀河ハロー研究）」で、授賞式は3月25日に東京都内で行われました。
天の川銀河には、よく知られている
渦巻構造に加えて、それを大きく取り囲むように星がまばらに存在する領域
があり、その構造は「銀河ハロー」とすばる望遠鏡データを用いた博士論文で第4回 SOKENDAI 賞を受賞した松野允郁さん（左）。中央は長谷川眞

よばれています。松野さんが取り組ん

理子総研大学長。
（クレジット：総合研究大学院大学）

だのは、このハロー構造がいつ、どの22ように形成されたのかを明らかにするいった研究は、従来は太陽系のごく近違いは15億年以内であるという結果をことです。そのためには、銀河ハロー

くの星に対してのみ可能でしたが、こ得ました。銀河系外起源の種族の方がを構成する星の年齢や天の川銀河内での研究は赤色巨星について初めてこれ後に作られたという予想がありましたの軌道運動、星を構成する物質（元素

らの基本情報を取りそろえ、対象を天が、この研究の結果は天の川銀河本体

組成）を明らかにすることが重要です。

の川銀河内に大きく広げることを可能で作られた種族と形成時期に大きな差研究では、米国航空宇宙局（NASA）にしたのが大きな特色です。

がないことを示しています。またこのの「ケプラー宇宙望遠鏡」によって恒これまでの研究から、銀河系ハロー研究では、すばる望遠鏡で取得した星星振動が観測され、それによって年齢の星には、天の川銀河本体で作られたの高分散分光スペクトルから、詳しくが推定できたハローの赤色巨星を対種族と天の川銀河の外で作られた後に元素組成を調べることで、天の川銀河

象とし、すばる望遠鏡の高分散分光

天の川銀河に取り込まれた種族の2つの外に起源をもつ星の種族の形成に要器 HDS を用いた観測で元素組成を測があると考えられています。星の振動する時間を1億年から3億年程度である

定しました。これらの星までの距離の観測結果と、高分散スペクトルからと見積もりました。これらの結果につや銀河系内での運動は、欧州宇宙機得られた情報を組み合わせることで、いては、今後さらに観測を進めること

関（ESA）の位置天文衛星「ガイア」

天の川銀河の外に起源をもつものと銀でより詳しい調査が可能になると期待のデータによって測定しました。こう河本体で形成されたものの形成年代のされます。

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「三鷹・星と宇宙の日2020」はオンラインで開催

No.

おしらせ

2020

国立天文台、アストロバイオロジ―センター、東京大学天文学教育研究センター、総合研究大学院大学、は、2020年10月24日に「三鷹・星と宇宙の日（特別公開）」を開催します。今年は、新型コロナウィルスの影響に伴い、オンラインのみでの開催となります（三鷹キャンパスでのイベント開催はありません）。

概要
名称：三鷹・星と宇宙の日2020オンライン
日時：2020年10月24日（土曜日）
主催：自然科学研究機構 国立天文台／自然科学研究機構 アス
トロバイオロジーセンター／東京大学大学院 理学系研
究科附属 天文学教育研究センター／総合研究大学院大★講演（講演テーマ「ブラックでダークな宇宙」）
研究紹介、施設や装置の紹介など、宇宙の不思議とそれに学 物理科学研究科 天文科学専攻

後援：公益社団法人 日本天文学会／公益財団法人 天文学振興

挑む研究者、そして、研究者を支える人たちの情熱を、丸一日かけてお届けします。

財団

協力：東京大学消費生活協同組合天文台支所／三鷹市星と森と絵本の家★宇宙に関する質問にもお答えします
質問は、ウェブサイトにて10月8日締切で募集。

他★特設ウェブコンテンツの公開

おもな内容（詳細は10月中旬に発表予定）■ 詳 細 は https://www.nao.ac.jp/open-day/2020/★メインライブ配信（仮称）をご参照ください（内容は随時更新されます）。

午前10時から午後6時30分（予定）
太陽系から宇宙の果てまで、ストーリー性のある楽しいラ
イブ配信を企画中です。

○お問い合わせ先
自然科学研究機構 国立天文台 事務部総務課
電話0422-34-3600（代表）編 集後記
夏休みの3日間は、日の出頃から野川公園にでかけて、息子が虫探しや川遊びをするのにつきあいました。何時間も飽きずに遊ぶ息子につきそうのは体力を使いますが、こんなこともあと数年と思ってがんばります。（G）
例年岩手は9月に入ると肌寒いくらいになってくるのに今年はずっと暑い。早く快適な季節が来てほしいです。
（は）コロナでオンラインになった天文学会年会に参加。自分の机に居ながらにして、いろいろな分科会を簡単に聞いて回れるのは画期的。でも、顔が見えないためか質問はしにくい
気がします。（I）
VR ゴーグルをかぶって VR 空間でのコミュニケーションを初めて経験。肩は凝ったけれど、新しい可能性を感じました。
（h）オンラインで集中講義をやらせていただいた。学生さんの顔が見えず、パソコンに向かって朝から夕方まで話し続けるのはなかなかつらい。聴講する学生さんも忍耐が必要そうです。（K）
8月のなかば、久しぶりに天の川を見に行った。流れ星が天の川を横切っていくのを眺められた。夏、だ、と思った瞬間だ。（W）
毎年楽しみにしていたお祭りが中止になりました。残念です。来年はできるといいなあ。
（e）

NAOJ NEWSNo.326 2020.09
ISSN 0915-8863© 2020 NAOJ

（本誌記事の無断転載・放送を禁じます）

発行日／ 2020 年 9 月 1 日
発行／大学共同利用機関法人 自然科学研究機構
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／秦 和弘（水沢 VLBI 観測所）／勝川行雄（SOLAR-C 準備室）／平松正顕（アルマプロジェクト）／伊藤哲也（先端技術センター）● 編集：天文情報センター出版室（高田裕行／ランドック・ラムゼイ）● デザイン：久保麻紀（天文情報センター）★国立天文台ニュースに関するお問い合わせは、上記の電話あるいは FAX でお願いいたします。
なお、国立天文台ニュースは、https://www.nao.ac.jp/naoj-news/ でもご覧いただけます。

10 月 号 は、 と もにオンライン開催となった野辺山宇宙電波
観 測 所 の「 今 年 は お う
ちで特別公開」や石垣島天文台の「南の島の星 ま つ り2020 」 の報告等をお届けします。

次号予告

国立天文台ニュース23

すばる望遠鏡
HSC Cosmic Gallery

06 コスモスフィールドの深宇宙
田中賢幸（ハワイ観測所）

No. 326

現在、すばる望遠鏡 330 夜を用いた HSC すばる戦略枠プログラムが進行中である。その一環で、2 つのフィールドを各フィルターで5-10 時間に渡って露出するという非常に深い観測をしている。すばるのような大口径望遠鏡でこれだけ長い露出をすると、極めて暗い天体の姿が浮かび上がる。この画像はコスモスフィールドと呼ばれる深い観測をした領域の一つで、淡く見える光の点一つ一つが遠方の銀河である。隙間がないほどに銀河が写っており、夜空は文字通り銀河で埋め尽くされていることが実感できるだろう。

★HSC：すばる望遠鏡「超広視野主焦点カメラ（Hyper Suprime-Cam/ ハイパー・シュプリーム・カム）」★HSCの観測データを活用した市民天文学プログラム「ギャラクシークルーズ」もお楽しみください。

https://galaxycruise.mtk.nao.ac.jp/