系外惑星の軌道・表層進化とそのリモートセンシングへの応用

• Project/Area Number: 18H01247
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 須藤 靖 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90183053)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石渡 正樹 北海道大学, 理学研究院, 教授 (90271692) ; 河原 創 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90649758)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000); Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2018: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 系外惑星 / リモートセンシング / 大気大循環モデル / 天体力学 / バイオシグニチャー / 三体問題 / 大循環モデル / 星震学

Outline of Annual Research Achievements

本年度予定していた4つの具体的なテーマとその結果は以下の通りである。
1) ブラックホールと恒星の連星系に対して、その恒星の動径速度時間変化から、その内側のブラックホールが単独ではなく連星である可能性を探るため、天体力学の3体問題の摂動論を応用した解析的近似式と実際の数値計算を組み合わせて、内側のブラックホール連星のパラメー タを推定する方法論を構築した。さらに、永年摂動法を用いない直接粒子シミュレーションを用いて、それらの軌道不安定性を考察中である。
2) 星の測光光度曲線からその自転周期を推定し、星震学と組み合わせることで、星の自転傾斜角を推定する研究に関しては、ケプラー衛星が観測した92個の太陽型恒星を選び出し、それらに対する測光的周期解析と星震学による周期推定を系統的に比較した。その結果、測光的周期は時間的に変動する場合が多く、それは表面の黒点の力学進化を示唆していることを結論した。一方で、1割程度は長期間にわたり安定した周期が得られるため、微分回転に対する強い制限が得られることがわかった。
3) ALMA望遠鏡で観測されている複数の原始惑星系円盤のダスト分布を初期条件として、それから生まれる複数惑星系を数値的に計算した。その結果、ほとんどは安定した系であり、ホットジュピターのような系は生まれないことがわかった。これは、観測されている円盤系がそのような遠方で大きな惑星を生むものにバイアスされている可能性と、その円盤に対する外的摂動の効果を無視したことに起因する可能性が考えられる。
4) 地球の表層データを用いて、太陽に対する自転傾斜角を変化させた10個程度の大循環シミュレーションを実行し、リモートセンシングの模擬観測を行うテーマに関しては、時間的に実行できなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

３体問題の応用としての、ブラックホール連星の検出可能性については予想通り進捗している。さらに、原始惑星系円盤が近傍の円盤との３体系をなし、その後の流体力学的進化を通じて、逆行回転する場合があることを流体シミュレーションから発見した。これらは、現在さらなる研究へと進展しつつある。
リモートセンシングの模擬観測については、それを行なっていた学生が卒業したため更にすすめることができなかった。現在、それに関しては、今後どのようにすすめるかを検討中である。
一方で、星の微分回転の効果を、トランジット惑星を含む系のロシター効果を通じて検証する方法論と、星の光度曲線の測光的時間変動を用いて黒点分布から推定する方法論の理論的提案について、当初の予定以上の進展があった。

Strategy for Future Research Activity

1) 今まで行なってきたブラックホール連星を含む3体の観測可能性に関連して、それらの力学的軌道不安定に至る時間スケールが、数値シミュレーションで系統的に調べ、特にそれらが第3体の公転周期、離心率軌道面傾斜角にどう依存するかを調べる。
2) 惑星系の進化において、3体系に起因する摂動効果のみならず、近傍の他の惑星系からの摂動を考慮するため、粒子法による流体シミュレ ーションを用いて、原始惑星系円盤と主星の角運動量輸送進化を計算する。
3) 星の光度変化の周期性から自転周期を推定する方法論が広く用いられているが、それは黒点の分布と性質に依存して必ずしも、真の自転周期に対応するとは限らない。そこで恒星表面上の黒点による光度曲線変動の解析的モデルを与え、特に、星の微分回転がどのような観測的信号を生み出すかを考察し、その 観測可能性を議論する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] プリンストン大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ニース天文台(フランス)
• [Int'l Joint Research] ニョーヨーク大学アブダビ校(アラブ首長国連邦)
• [Journal Article] Third data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (2022)
  • Author(s): Aihara Hiroaki et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 74 Pages: 247-272
  • DOI: 10.1093/pasj/psab122
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A new formation scenario of a counter-rotating circumstellar disk: Spiral-arm accretion from a circumbinary disk in a triple protostar system (2021)
  • Author(s): Takaishi Daisuke、Tsukamoto Yusuke、Suto Yasushi
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 73
  • DOI: 10.1093/pasj/psab084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Architecture of Planetary Systems Predicted from Protoplanetary Disks Observed with ALMA. I. Mass of the Possible Planets Embedded in the Dust Gap (2021)
  • Author(s): Wang Shijie、Kanagawa Kazuhiro D.、Suto Yasushi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 923 Pages: 165-165
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2d95
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Disentangling the stellar inclination of transiting planetary systems: Fully analytic approach to the Rossiter?McLaughlin effect incorporating the stellar differential rotation (2021)
  • Author(s): Sasaki Shin、Suto Yasushi
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 73 Pages: 1656-1668
  • DOI: 10.1093/pasj/psab102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unveiling the Architecture of a Pulsar - Binary Black Hole Triple System with Pulsar Arrival Time Analysis (2021)
  • Author(s): Hayashi (林 利憲) Toshinori、Suto (須藤 靖) Yasushi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 907 Pages: 48-48
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abcec6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Strategy to Search for an Inner Binary Black Hole from the Motion of the Tertiary Star (2020)
  • Author(s): Hayashi Toshinori、Wang Shijie、Suto Yasushi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 890 Pages: 112-112
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6de6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Architecture of Three-planet Systems Predicted from the Observed Protoplanetary Disk of HL Tau (2020)
  • Author(s): Wang Shijie、Kanagawa Kazuhiro D.、Hayashi Toshinori、Suto Yasushi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 891 Pages: 166-166
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab781b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Star?disc alignment in the protoplanetary discs: SPH simulation of the collapse of turbulent molecular cloud cores (2020)
  • Author(s): Takaishi Daisuke、Tsukamoto Yusuke、Suto Yasushi
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 492 Pages: 5641-5654
  • DOI: 10.1093/mnras/staa179
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radial-velocity Variation of a Tertiary Star Orbiting a Binary Black Hole in Coplanar and Noncoplanar Triples: Short- and Long-term Anomalous Behavior (2020)
  • Author(s): Hayashi Toshinori、Suto Yasushi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 897 Pages: 29-29
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab97ad
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Obliquity of an Earth-like Planet from Frequency Modulation of Its Direct-imaged Lightcurve: Mock Analysis from General Circulation Model Simulation (2020)
  • Author(s): Nakagawa Yuta、Kodama Takanori、Ishiwatari Masaki、Kawahara Hajime、Suto Yasushi、Takahashi Yoshiyuki O.、Hashimoto George L.、Kuramoto Kiyoshi、Nakajima Kensuke、Takehiro Shin-ichi、Hayashi Yoshi-Yuki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 898 Pages: 95-95
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9eb8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Search for Alignment of Disk Orientations in Nearby Star-forming Regions: Lupus, Taurus, Upper Scorpius, ρ Ophiuchi, and Orion (2020)
  • Author(s): Aizawa Masataka、Suto Yasushi、Oya Yoko、Ikeda Shiro、Nakazato Takeshi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 899 Pages: 55-55
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aba43d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shapes and alignments of dark matter haloes and their brightest cluster galaxies in 39 strong lensing clusters (2020)
  • Author(s): Okabe Taizo、Oguri Masamune、Peirani S?bastien、Suto Yasushi、Dubois Yohan、Pichon Christophe、Kitayama Tetsu、Sasaki Shin、Nishimichi Takahiro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 496 Pages: 2591-2604
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1479
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Misaligned Orbit of the Earth-sized Planet Kepler-408b (2019)
  • Author(s): Kamiaka Shoya、Benomar Othman、Suto Yasushi、Dai Fei、Masuda Kento、Winn Joshua N.
  • Journal Title: The Astronomical Journal Volume: 157 Pages: 137-137
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab04a9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Asteroseismic Determination of the Stellar Rotation Period of the Kepler Transiting Planetary Systems and its Implications for the Spin?Orbit Architecture (2019)
  • Author(s): Suto Yasushi、Kamiaka Shoya、Benomar Othman
  • Journal Title: The Astronomical Journal Volume: 157 Pages: 172-172
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab0f33
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Systematic Search for Rings around Kepler Planet Candidates: Constraints on Ring Size and Occurrence Rate (2018)
  • Author(s): Masataka Aizawa, Kento Masuda, Hajime Kawahara, Yasushi Suto
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 155 Pages: 206-206
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aab9a1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Projected alignment of non-sphericities of stellar, gas, and dark matter distributions in galaxy clusters: analysis of the Horizon-AGN simulation (2018)
  • Author(s): Okabe Taizo、Nishimichi Takahiro、Oguri Masamune、Peirani Sebastien、Kitayama Tetsu、Sasaki Shin、Suto Yasushi
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 478 Pages: 1141-1160
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1068
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reliability of stellar inclination estimated from asteroseismology: analytical criteria, mock simulations and Kepler data analysis (2018)
  • Author(s): Kamiaka Shoya、Benomar Othman、Suto Yasushi
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 479 Pages: 391-405
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1358
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Cool Core Disturbed: Observational Evidence for the Coexistence of Subsonic Sloshing Gas and Stripped Shock-heated Gas around the Core of RX J1347.5-1145 (2018)
  • Author(s): Ueda Shutaro、Kitayama Tetsu、Oguri Masamune、Komatsu Eiichiro、Akahori Takuya、Iono Daisuke、Izumi Takumi、Kawabe Ryohei、Kohno Kotaro、Matsuo Hiroshi、Ota Naomi、Suto Yasushi、Takakuwa Shigehisa、Takizawa Motokazu、Tsutsumi Takahiro、Yoshikawa Kohji
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 866 Pages: 48-48
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aadd9d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Linear and Quadratic Time-Frequency Analysis of Gravitational Waves from Core-Collapse Supernovae (2018)
  • Author(s): Hajime Kawahara, Takami Kuroda, Tomoya Takiwaki, Kazuhiro Hayama, Kei Kotake
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 867 Pages: 126-126
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae57b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 安全保障と学問の自由に関する天文学会声明と世代間ギャップ (2021)
  • Author(s): 須藤靖
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会 物理と社会 シンポジウム「軍事研究と物理と社会ー研究の自由を考える」
  • Invited
• [Presentation] Lessons from Mars and Earth for future explorations of bio-signatures from earth-like planets (2020)
  • Author(s): Yasushi Suto
  • Organizer: Climates of Terrestrial Planets in Various Solar Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Unveiling the presence of an inner binary black-hole from the tertiary orbiting star (2020)
  • Author(s): Yasushi Suto
  • Organizer: The 9th KIAS workshop on Cosmology and Structure Formation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 宇宙の構造形成と暗黒成分：過去、現在、そして未来 (2020)
  • Author(s): 須藤靖
  • Organizer: 日本物理学会秋季年会 シンポジウム「観測的宇宙論の進展」
  • Invited
• [Presentation] From unknown knowns to known knowns: cases of dark baryon and exo-ring (2019)
  • Author(s): Yasushi Suto
  • Organizer: Continuous Challenges for X-ray Astronomy
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spin-orbit architecture of planetary systems with the Rossiter-McLaughlin effect and asteroseismology (2019)
  • Author(s): Yasushi Suto
  • Organizer: JSPS Planet2/RESCEU workshop on exoplanets
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spin-orbit architecture of planetary systems (2019)
  • Author(s): Yasushi Suto
  • Organizer: From Protoplanetary Disks through Planetary System Achitecture to Planetary Atmospehers and Habitability
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Universe unveiled through holes of aluminum plates (2019)
  • Author(s): Yasushi Suto
  • Organizer: Wide-Field Sky Survey of the Universe: From the Past to the Future of Astronomy
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] GCM simulation of a second earth: cloud pattern and the obliquity determination from future direct imaging (2018)
  • Author(s): Yasushi Suto
  • Organizer: the 8th KIAS workshop on cosmology and structure formation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High Dispersion Spectroscopy for Exoplanet Characterization (2018)
  • Author(s): Hajime Kawahara
  • Organizer: Symposium on Planetary Sciences 2019 (SPS2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Transiting exoplanet survey by micro satellite (2018)
  • Author(s): Hajime Kawahara
  • Organizer: Japan - Latin America Academic Conference 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 宇宙は数式でできている なぜ世界は物理法則に支配されているのか (2022)
  • Author(s): 須藤靖
  • Total Pages: 232
  • Publisher: 朝日新聞出版
  • ISBN: 4022951605
• [Book] ものの大きさ 第２版 (2021)
  • Author(s): 須藤 靖
  • Total Pages: 224
  • Publisher: 東京大学出版会
  • ISBN: 413063609X
• [Book] 科学を語るとはどういうことか 増補版 (2021)
  • Author(s): 須藤 靖、伊勢田 哲治
  • Total Pages: 344
  • Publisher: 河出書房新社
  • ISBN: 4309254276
• [Book] 解析力学・量子論 第２版 (2019)
  • Author(s): 須藤 靖
  • Total Pages: 320
  • Publisher: 東京大学出版会
  • ISBN: 9784130626187
• [Book] 一般相対論入門 改訂版 (2019)
  • Author(s): 須藤 靖
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 日本評論社
  • ISBN: 9784535789012
• [Book] 不自然な宇宙 宇宙はひとつだけなのか？ (2019)
  • Author(s): 須藤 靖
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 講談社
  • ISBN: 4065144655
• [Book] 情けは宇宙のためならず (2018)
  • Author(s): 須藤 靖
  • Total Pages: 248
  • Publisher: 毎日新聞出版
  • ISBN: 4620325279
• [Book] この空のかなた (2018)
  • Author(s): 須藤 靖
  • Total Pages: 184
  • Publisher: 亜紀書房
  • ISBN: 4750515523