低温度星周りの惑星探査：系外惑星の多様性とその起源

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17660
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平野 照幸 東京工業大学, 理学院, 助教 (10727449)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 系外惑星 / トランジット / 低温度星 / 近赤外高分散分光 / K2ミッション

研究実績の概要

2017年度は以下の二つの研究を推進した。
研究１：近赤外高分散分光器IRDの試験観測とデータ解析
2010年頃から開発を行ってきた近赤外高分散分光器IRDが2017年8月にすばる望遠鏡でファーストライトを迎え，2017年度は8月から2月にかけての計3回の試験観測観測でいくつかのスペクトル型標準星，視線速度標準星や，既知の惑星を持つ恒星をIRDで観測した。試験観測で得られたデータをリダクションしてスペクトルを取り出すとともに，これまで開発してきた視線速度解析パイプラインに入力して近赤外波長域で視線速度を測定した。結果，数日間の短期的なタイムスケールでは太陽型星では3-5m/s程度，低温度星では2m/s程度の視線速度精度が達成できることを示した。また，試験観測以外にも実験室での周波数コムを用いた分光器の安定性試験を実施し，データを解析して視線速度の安定性について詳細に調べた。
研究２：K2ミッションで観測された天体の追加観測
2014年頃より，ケプラー望遠鏡の現在のミッションである「K2」で取得されたデータを解析してトランジット惑星候補を検出し，それらに対して追加観測を実施するKESPRINTプロジェクトを進めてきている。私はプロジェクトの中でも特に低温度星（M型矮星）周りの惑星候補に着目して追加観測を実施しており，2017年度はすばる望遠鏡等を用いた観測から低温度星のまわりで新たに15個の小型惑星を発見した。このうちK2-155dと呼ばれる惑星は，水が液体として存在しうるハビタブルゾーン付近にあることが判明した。また，新たに発見した惑星を含めてM型矮星まわりの惑星の性質について統計的に調べてみたところ，1)中心星の近傍には中間サイズの惑星がほとんど存在しない，2)3地球半径を超える惑星は金属量の大きい恒星のまわりでのみ見つかっている，などの特徴を発見した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究１についてはファーストライトが当初の予定より遅れてしまったが，その後は順調に試験観測，安定性試験を実施している。解析パイプラインは以前から整備していたため，実際の観測データをスムーズに解析できた。
研究２に関しては，計画通りK2で観測された新しいフィールドのデータを順次解析し，各K2フィールドで50個程度の惑星候補を検出した。なお2017年度は低温度星のまわりで当初の予想よりも多くの惑星を発見した。

今後の研究の推進方策

研究１では2018年度も引き続き試験観測を実施し，様々なタイプの星でIRDによる視線速度の精度を評価していく。なお2017年の試験観測では波長較正のための周波数コムが使用できなかったため，代わりに波長較正用の光源としてTh-Arランプを用いた観測・解析を実施した。2018年になってから周波数コムが使用可能となったため今後は周波数コムを使った場合の精度評価を実施していく。
研究２については今年度末頃までK2による探査が実施されデータが公開されることから，引き続き特に低温度星に焦点を当ててユニークな惑星の発見確認を行う。なお年度の後半には2018年4月に打ち上げられたNASA「TESSミッション」のデータが順次公開されるものと予想される。データの公開時期や望遠鏡時間などを考慮して，TESSによって惑星候補と同定された系の観測を実施する。

次年度使用額が生じた理由

（理由）
2017年度は観測や招待講演等先方負担による出張が多く，当初想定していたよりも旅費の支出が少なかった。
（今後の使用計画）
使用していたラップトップPCが故障したため，新規での導入を検討している。また，2018年度は国内・海外望遠鏡の観測時間の購入を検討しており，その購入費用にあてる。

研究成果

• [国際共同研究] プリンストン大学/マサチューセッツ工科大学/ハワイ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: プリンストン大学/マサチューセッツ工科大学/ハワイ大学
  • 他の機関数: 3
• [国際共同研究] オーフス大学(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: オーフス大学
• [国際共同研究] IAC(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: IAC
• [国際共同研究] トリノ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: トリノ大学
• [国際共同研究] ケルン大学/ドイツ航空宇宙センター(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ケルン大学/ドイツ航空宇宙センター
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Radial Velocity Follow-up of the Disintegrating Planet KIC 12557548b (2018)
  • 著者名/発表者名: Masuda, K., Hirano, T., Kawahara, H., Sato, B.
  • 雑誌名: Research Notes of the American Astronomical Society 巻: 2 ページ: id. 50
  • DOI: 10.3847/2515-5172/aaba12
• [雑誌論文] Exoplanets around Low-mass Stars Unveiled by K2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T., Dai, F., Gandolfi, D., Fukui, A., Livingston, J. H., Miyakawa, K., Endl, M., Cochran, W. D., Alonso-Floriano, F. J., Kuzuhara, M., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 155 ページ: id. 127
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aaa9c1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] K2-155: A Bright Metal-poor M Dwarf with Three Transiting Super-Earths (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T., Dai, F., Livingston, J. H., Fujii, Y., Cochran, W. D., Endl, M., Gandolfi, D., Redfield, S., Winn, J. N., Guenther, E. W., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 155 ページ: id. 124
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aaaa6e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three Small Planets Transiting a Hyades Star (2018)
  • 著者名/発表者名: Livingston, J. H., Dai, F., Hirano, T., Gandolfi, D., Nowak, G., Endl, M., Velasco, S., Fukui, A., Narita, N., Prieto-Arranz, J., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 155 ページ: id. 115
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aaa841
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] K2-137 b: an Earth-sized planet in a 4.3-h orbit around an M-dwarf (2018)
  • 著者名/発表者名: Smith, A. M. S., Cabrera, J., Csizmadia, Sz, Dai, F., Gandolfi, D., Hirano, T., Winn, J. N., Albrecht, S., Alonso, R., Antoniciello, G., et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 474 ページ: p.5523-5533
  • DOI: 10.1093/mnras/stx2891
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three Super-Earths Transiting the Nearby Star GJ 9827 (2017)
  • 著者名/発表者名: Niraula, P., Redfield, S., Dai, F., Barragan, O., Gandolfi, D., Cauley, P. W., Hirano, T., Korth, J., Smith, A. M. S., Prieto-Arranz, J., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 154 ページ: id. 266
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa957c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Discovery and Mass Measurement of a New Ultra-short-period Planet: K2-131b (2017)
  • 著者名/発表者名: Dai, F., Winn, J. N., Gandolfi, D., Wang, S. X., Teske, J. K., Burt, J., Albrecht, S., Barragan, O., Cochran, W. D., Endl, M., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 154 ページ: id. 226
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa9065
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-resolution Spectroscopic Detection of TiO and a Stratosphere in the Day-side of WASP-33b (2017)
  • 著者名/発表者名: Nugroho, S. K., Kawahara, H., Masuda, K., Hirano, T., Kotani, T., Tajitsu, A.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 154 ページ: id. 221
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa9433
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Transiting Multi-planet System HD 3167: A 5.7 M_Earth Super-Earth and an 8.3 M_Earth Mini-Neptune (2017)
  • 著者名/発表者名: Gandolfi, D., Barragan, O., Hatzes, A. P., Fridlund, M., Fossati, L., Donati, P., Johnson, M. C., Nowak, G., Prieto-Arranz, J., Albrecht, S., et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 154 ページ: id. 123
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa832a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] K2-111 b - a short period super-Earth transiting a metal poor, evolved old star (2017)
  • 著者名/発表者名: Fridlund, M., Gaidos, E., Barragan, O., Persson, C. M., Gandolfi, D., Cabrera, J., Hirano, T., Kuzuhara, M., Csizmadia, S., Nowak, G., et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 604 ページ: id. A16
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201730822
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multi-color simultaneous photometry of the T-Tauri star with planetary candidate, CVSO 30 (2017)
  • 著者名/発表者名: Onitsuka, M., Fukui, A., Narita, N., Hirano, T., Kusakabe, N., Ryu, T., Tamura, M.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 69 ページ: id. L2
  • DOI: 10.1093/pasj/psx004
  • 査読あり
• [雑誌論文] K2-106, a system containing a metal-rich planet and a planet of lower density (2017)
  • 著者名/発表者名: Guenther, E. W., Barragan, O., Dai, F., Gandolfi, D., Hirano, T., Fridlund, M., Fossati, L., Chau, A., Helled, R., Korth, J., et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 608 ページ: id. A93
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201730885
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 可視光高分散分光による(M型)恒星パラメータ推定1 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平野照幸
  • 学会等名: 系外惑星研究のための恒星特徴づけワークショップ
• [学会発表] 188cm望遠鏡によるトランジット惑星系のキャラクタリゼーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 平野照幸
  • 学会等名: 岡山188cm望遠鏡による新たなサイエンスの展開
• [学会発表] Precision Doppler Spectroscopy in the Near Infrared: Pipeline and Tentative Results (2017)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Hirano
  • 学会等名: RESCEU/Planet2 International Symposium "Planet Formation around Snowline"
  • 国際学会
• [学会発表] Properties of M-dwarf Exoplanets Unveiled by Transit Surveys and Follow-up Observations (2017)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Hirano
  • 学会等名: Future Exploration of Star and Planet Formation with Subaru
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 系外惑星探査におけるガウス過程を用いたデータモデリング (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野照幸
  • 学会等名: 天文学におけるデータ科学的方法
  • 招待講演
• [学会発表] K2ミッションで検出された小型惑星候補の地上追観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野照幸，宮川浩平，佐藤文衛，福井暁彦，成田憲保，John Livingston，笠嗣瑠，葛原昌幸，KESPRINTチーム
  • 学会等名: 日本天文学会2017年秋季年会