2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical and Observational Studies of the Formation and Evolution of Diverse Planetary Atmospheres
| Project Area | A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy |
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| Project/Area Number |
18H05439
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
生駒 大洋 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80397025)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺田 直樹 東北大学, 理学研究科, 教授 (70470060)
成田 憲保 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任准教授 (60610532)
堀 安範 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任助教 (40724084)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 系外惑星 / 惑星大気 / 惑星形成 / 惑星進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画研究は、観測と理論の密な連携によって惑星大気の形成・進化過程を解明することを目標とする。
本年度途中に、開発中の観測装置(MuSCAT3)を搭載する予定の望遠鏡を所有する研究協力機関から、望遠鏡エンジニアの不慮の健康問題により観測装置の受け入れが困難になったとの連絡があった。そのため、新たな受入先の調整に数ヶ月を要した。結果的に、米国スクランブルス天文台（LCO）との交渉が進み、ハワイ州マウイ島ハレアカラ観測所所有の口径2m級望遠鏡への設置が決まった。望遠鏡の変更により装置に再開発部分が生じたが、それも含めて比較的順調に進み、2020年9月にファーストライトを迎えることができた。また、既存の2台のMuSCAT装置を使用して、地上望遠鏡や全天惑星探索衛星TESSによるサーベイで発見された惑星候補の発見確認観測を実施した。その結果、国際協力により太陽系近傍のM型星（ティーガーデン星）の周りでハビタブルゾーンを公転する地球質量の2つの惑星を発見した。また、M型星を最も短い周期（0.56日）で公転する巨大惑星あるいは褐色矮星TOI-263bを発見した。
理論面では、原始大気中での物質混合がもたらす大気形成への影響を、惑星系形成全体に与える影響として評価するために、さまざまな惑星形成素過程を統合したモデル（種族合成モデル）を開発した。その際、地球型惑星だけでなく、巨大ガス惑星への物質混合に対する理解も重要であるため、巨大ガス惑星による微惑星獲得過程を詳細に検討し理解を深めた。一方、大気透過光の他波長観測によって得られる結果から惑星大気特性を制約するために、光化学および粒子生成・成長を考慮した惑星大気モデルを構築した。今後のMuSCAT装置を用いて得られる観測と比較検討する準備が整った。
こうした検討から、MuSCAT装置による発見確認観測で発見される惑星の物理特性との比較可能になり、その準備ができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
MuSCAT3装置の設置場所の選定に変更があったため、予定外に調整に時間がかかったが、それ以外の大きな問題はなく、概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
MuSCAT3の開発については、2020年度秋頃より科学観測の開始を目指す。2020年度後半以降、TESSで発見されたトランジット系外惑星の観測をMuSCAT1,2と連携して実施する。まず、惑星候補天体のトランジット観測により惑星の発見確認を網羅的に行う。また、発見された惑星に対し、すばる望遠鏡の赤外分光装置IRDを用いた主星の視線速度観測やMuSCAT1-3を用いたトランジット時刻変動（TTV）観測により惑星の質量を決定し、得られた質量と半径の関係から惑星の内部組成を理論的に制約する。こうして得られる観測データと、本年度の開発した惑星種族モデルによる理論予測を比較・検討し、現実との不一致の原因を特定し、理論モデルをさらに改良する。
一方、多数の小型惑星（4倍地球半径以下）に対してMuSCATsによる多色トランジット観測を実施し、大気の大まかな特性（水素に富む大気かどうかや雲/ヘイズの有無）を調べるとともに、厳選した惑星についてすばる望遠鏡など大型の望遠鏡を用いた大気の詳細観測を実施する。こうして得られる観測データと、我々の開発した大気構造および模擬観測スペクトルモデルの結果を比較することで、系外惑星の大気組成やその起源に迫る。
理論の改良にあたっては、領域内の他計画研究と密にコミュニケーションをとり、星形成・原始惑星系円盤形成・惑星形成の最新の理解を本計画研究の大気形成モデルに導入していく。
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