観測による高温星周辺のホットジュピターの軌道進化の解明

• 研究課題/領域番号: 21K20376
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0204:天文学、地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 渡辺 紀治 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任研究員 (20909593)
• 研究期間 (年度): 2021-08-30 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 軌道進化 / 系外惑星

研究開始時の研究の概要

恒星近傍を公転する巨大ガス惑星(ホットジュピター)はその場所で形成できないため、巨大ガス惑星を内側に移動する様々な軌道進化モデルが提唱された。モデルによって、軌道進化直後の主星自転軸に対する惑星公転軸の傾き(惑星軌道傾斜角)が異なるため、その角度が軌道進化の手がかりとなる。しかし、太陽型星周辺のホットジュピターの軌道は、主星が潮汐力の影響で軌道進化直後の惑星軌道傾斜角の情報を失うため、観測による軌道進化の制約が困難であった。本研究では、潮汐力の影響を受けにくい高温星周辺のホットジュピターの惑星軌道傾斜角を軌道歳差の観測から測定し、さらに、その惑星系のサンプル数を増やすため発見確認も行う。

研究成果の概要

ホットジュピターの軌道進化解明のため、惑星食(トランジット)の分光・測光観測による惑星軌道歳差を検出から、高温星周辺のホットジュピターの惑星軌道傾斜角を測定した。そこで、高温星周辺のホットジュピターWASP-33bとTOI-1518bに対して、高分散分光器による分光データと、トランジット測光データを使用して、惑星軌道歳差の観測をしたところいずれも高離心率移動モデルによる軌道進化を示唆した。
また、高温星周辺のホットジュピターの発見確認のため、高分散分光器を使った観測を実施したところ、極軌道の可能性を示したが、観測データはノイズが大きく発見確認が困難なため、より大型の望遠鏡による観測を提案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、実際においても惑星軌道傾斜角が傾いていた結果を示したことから、ホットジュピターの惑星軌道進化は円盤相互作用より、高離心率移動モデルを支持する形となった。この点において、ホットジュピターの軌道進化解明に一歩踏み込んだと言える。
また、惑星軌道歳差による惑星軌道傾斜角の測定例がしくないため、本研究の成果が、その測定法の基盤になりうると考えている。さらに、検出された惑星軌道歳差の数自体少なく、本研究で4例目まで増やすことができ、高温星周辺のホットジュピターにおいては、惑星軌道歳差によってトランジット観測が出来なくなる時期がいずれ訪れることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Nodal precession of a hot Jupiter transiting the edge of a late A-type star TOI-1518 (2024)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, N., Narita, N., Hori, Y.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: - 号: 3 ページ: 374-385
  • DOI: 10.1093/pasj/psae019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of starspots on a young M-dwarf K2-25: multiband observations of stellar photometric variability and planetary transits (2024)
  • 著者名/発表者名: Mori, M., Ikuta, K., Fukui, A., Narita, N., de Leon, J. P., Livingston, J. H., Ikoma, M., Kawai, Y., Kawauchi, K., Murgas, F., Palle, E., Parviainen, H., Fernandez Rodriguez, G., Terada, Y., Watanabe, N., Tamura, M.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 530 号: 1 ページ: 167-189
  • DOI: 10.1093/mnras/stae841
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The flipped orbit of KELT-19Ab inferred from the symmetric TESS transit light curves (2024)
  • 著者名/発表者名: Kawai, Y., Narita, N., Fukui, A., Watanabe, N., Inaba, S.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 528 号: 1 ページ: 270-280
  • DOI: 10.1093/mnras/stad3915
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TOI 4201 b and TOI 5344 b: Discovery of Two Transiting Giant Planets around M-dwarf Stars and Revised Parameters for Three Others (2023)
  • 著者名/発表者名: Hartman, J. D., Bakos, G. A., Csubry, Z., Howard, A. W., Isaacson, H., Giacalone, S., Chontos, A., Narita, N., Fukui, A., de Leon, J. P., Watanabe, N., Mori, M., Kagetani, T., Fukuda, I., Kawai, Y., Ikoma, M., Palle, E., Murgas, F., Esparza-Borges, E., Parviainen, H., Bouma, L. G., Cointepas, M., Bonfils, X., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 163 号: 4 ページ: 23-23
  • DOI: 10.3847/1538-3881/acf56e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The mass of TOI-519 b: A close-in giant planet transiting a metal-rich mid-M dwarf (2023)
  • 著者名/発表者名: Kagetani Taiki、Narita Norio、Kimura Tadahiro、Hirano Teruyuki、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 4 ページ: 713-721
  • DOI: 10.1093/pasj/psad031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nodal precession of WASP-33b for 11 yr by Doppler tomographic and transit photometric observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Noriharu、Narita Norio、Palle Enric、Fukui Akihiko、Kusakabe Nobuhiko、Parviainen Hannu、Murgas Felipe、Casasayas-Barris Nuria、Johnson Marshall C、Sato Bun’ei、Livingston John H、de Leon Jerome P、Mori Mayuko、Nishiumi Taku、Terada Yuka、Esparza-Borges Emma、Kawauchi Kiyoe
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 512 号: 3 ページ: 4404-4418
  • DOI: 10.1093/mnras/stac620
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Nodal Precession of a Hot Jupiter Transiting Edge of a Late A Type Star: TOI-1518 (2024)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, N., Narita, N., Hori, Y., E. Palle
  • 学会等名: Extreme Solar Systems V
  • 国際学会
• [学会発表] ホットジュピターTOI-1518bの軌道歳差観測と主星構造パラメーターの測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺紀治、成田憲保、堀安範
  • 学会等名: 新学術「星・惑星形成」2023年度大研究会
• [学会発表] 高温星周辺のホットジュピターTOI-1518bの軌道歳差観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺紀治、成田憲保、堀安範
  • 学会等名: 日本惑星科学会2023年秋季講演会
• [学会発表] 高温星周辺のホットジュピターTOI-1518bの軌道歳差観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺紀治、成田憲保、堀安範
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] Nodal Precession of a Hot Jupiter Transiting Edge of a Late A Type Star: TOI-1518 (2023)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, N., Narita, N. and Hori, Y.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] A型星周辺のホットジュピターTOI-1518bの惑星軌道歳差調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺紀治、成田憲保、堀安範
  • 学会等名: 新学術領域「星・惑星形成」2022年度大研究会
• [学会発表] Nodal Precession of a Hot Jupiter Transiting Edge of a Late A Type Star: TOI-1518 b (2023)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Noriharu、Narita Norio、Yasunori Hori
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Nodal Precession of WASP-33b for Eleven Years by Doppler Tomographic and Transit Photometric Observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Noriharu、Narita Norio、Palle Enric、Fukui Akihiko、Kusakabe Nobuhiko、Parviainen Hannu、Murgas Felipe、Casasayas-Barris Nuria、Johnson Marshall C、Sato Bun’ei、Livingston John H、de Leon Jerome P、Mori Mayuko、Nishiumi Taku、Terada Yuka、Esparza-Borges Emma、Kawauchi Kiyoe
  • 学会等名: Subaru Users Meeting FY2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 11年間にわたるホットジュピターWASP-33bの軌道歳差 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡辺紀治、成田憲保、Palle Enric、福井暁彦、日下部展彦、Parviainen Hannu、Murgas Felipe、Casasayas-Barris Nuria、Johnson Marshall C、佐藤文衛、Livingston John H、de Leon Jerome P、森万由子、西海拓、寺田由佳、Esparza-Borges Emma、川内紀代恵
  • 学会等名: 新学術領域「星・惑星形成」2021年度大研究会
• [学会発表] 軌道歳差観測による WASP-33b の惑星軌道傾斜角測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡辺紀治、成田憲保、福井暁彦、川内紀代恵、John Livingston、Jerome de Leon、森万由子、Marshall C. Johnson、日下部展彦、西海拓、Enric Palle
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会