観測と理論の連携による小型低質量系外惑星の基本的性質の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01265
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 成田 憲保 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (60610532)
• 研究分担者: 生駒 大洋 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80397025)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 太陽系外惑星 / トランジット / TESS / 多色同時撮像カメラ / 視線速度 / 小型惑星 / 質量半径関係 / 惑星種族合成

研究実績の概要

本研究では、天王星・海王星より小さな質量・半径を持つ太陽系外の「小型惑星」に着目し、その周期・質量・半径・大気といった性質を観測によって明らかにしていくとともに、観測結果を理論的に解釈し、小型惑星の形成・移動や大気、内部構造といった知見を深め、小型惑星の基本的性質を理解していくことを目指していた。2020年度は主に以下の3つの研究に取り組んだ。
(1) 研究代表者らが世界各地に配置した多色同時撮像カメラMuSCATシリーズ(岡山1.88m望遠鏡のMuSCAT、スペイン・テネリフェ島のTCS1.52m望遠鏡のMuSCAT2、ハワイ・マウイ島のFTN2m望遠鏡のMuSCAT3)を用いて、TESSのサーベイで発見された惑星候補の追観測を行った。その結果、新たに10個以上の新しい小型惑星を発見し、それらの周期・質量・半径などの性質を明らかにした。
(2) すばる望遠鏡のインテンシブ観測が採択され、赤外視線速度測定装置IRDの観測時間を14夜確保した(S20B-088I)。この観測時間を使って、MuSCATシリーズで本物の惑星であることが確認できた赤色矮星まわりの小型惑星の質量と軌道の決定、大気の調査を行なった。
(3) 2019年度までに開発した惑星種族合成モデルを用いて、赤色矮星まわりの惑星の周期・半径分布を計算した。そして(1)(2)のTESSのフォローアップ観測によって発見した惑星の周期・半径分布と比較することで、理論モデルの妥当性を検証した。その結果、大気散逸モデルおよび原始惑星系円盤散逸モデルにまだ改良の余地があることが分かった。それを踏まえて改良を施した惑星種族合成モデルは、より現実の分布を説明できるものとなった。
以上のように観測と理論の連携によって、新しい小型惑星の発見と特徴付けにおいて多くの観測成果を挙げ、その知見をもとに理論モデルを改良することまで達成することができた。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology/Center for Astrophysics/Princeton University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Massachusetts Institute of Technology/Center for Astrophysics/Princeton University
  • 他の機関数: 8
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias/Centro de Astrobiologia/Universidad de La Laguna(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Instituto de Astrofisica de Canarias/Centro de Astrobiologia/Universidad de La Laguna
  • 他の機関数: 3
• [国際共同研究] Max-Planck-Institut fur Astronomie/Universitat Heidelberg/Georg-August-Universitat(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max-Planck-Institut fur Astronomie/Universitat Heidelberg/Georg-August-Universitat
• [国際共同研究] Universitate degli Studi di Torino/INAF(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Universitate degli Studi di Torino/INAF
• [国際共同研究] Universidad de Chile(チリ)
  • 国名: チリ
  • 外国機関名: Universidad de Chile
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 5
• [雑誌論文] A nearby transiting rocky exoplanet that is suitable for atmospheric investigation (2021)
  • 著者名/発表者名: Trifonov T.、Caballero J. A.、Morales J. C.、Seifahrt A.、Ribas I. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 371 ページ: 1038～1041
  • DOI: 10.1126/science.abd7645
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Multiwavelength Look at the GJ 9827 System: No Evidence of Extended Atmospheres in GJ 9827b and d from HST and CARMENES Data (2021)
  • 著者名/発表者名: Carleo Ilaria、Youngblood Allison、Redfield Seth、Barris Nuria Casasayas、Ayres Thomas R. et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 161 ページ: 136～136
  • DOI: 10.3847/1538-3881/abdb2f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TOI-954 b and K2-329 b: Short-period Saturn-mass Planets that Test whether Irradiation Leads to Inflation (2021)
  • 著者名/発表者名: Sha Lizhou、Huang Chelsea X.、Shporer Avi、Rodriguez Joseph E.、Vanderburg Andrew et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 161 ページ: 82～82
  • DOI: 10.3847/1538-3881/abd187
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The TESS-Keck Survey. II. An Ultra-short-period Rocky Planet and Its Siblings Transiting the Galactic Thick-disk Star TOI-561 (2021)
  • 著者名/発表者名: Weiss Lauren M.、Dai Fei、Huber Daniel、Brewer John M.、Collins Karen A. et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 161 ページ: 56～56
  • DOI: 10.3847/1538-3881/abd409
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A planetary system with two transiting mini-Neptunes near the radius valley transition around the bright M dwarf TOI-776 (2021)
  • 著者名/発表者名: Luque R.、Serrano L. M.、Molaverdikhani K.、Nixon M. C.、Livingston J. H. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 645 ページ: A41～A41
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202039455
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ariel Planetary Interiors White Paper (2021)
  • 著者名/発表者名: Helled Ravit, Werner Stephanie, Dorn Caroline, Guillot Tristan, Ikoma Masahiro et al.
  • 雑誌名: Experimental Astronomy 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detectability of Rocky-Vapour atmospheres on super-Earths with Ariel (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Yuichi、Changeat Quentin、Edwards Billy、Al-Refaie Ahmed、Tinetti Giovanna、Ikoma Masahiro
  • 雑誌名: Experimental Astronomy 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s10686-020-09693-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First detection of two superoutbursts during the rebrightening phase of a WZ Sge-type dwarf nova: TCP J21040470+4631129 (2020)
  • 著者名/発表者名: Tampo Yusuke、Naoto Kojiguchi、Isogai Keisuke、Kato Taichi、Kimura Mariko et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 ページ: id. 49
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa043
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An enhanced slope in the transmission spectrum of the hot Jupiter WASP-104b (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen G、Palle E、Parviainen H、Wang H、van Boekel R et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 500 ページ: 5420～5435
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3555
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TOI-519 b: A short-period substellar object around an M dwarf validated using multicolour photometry and phase curve analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Parviainen H.、Palle E.、Zapatero-Osorio M. R.、Nowak G.、Fukui A. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 645 ページ: A16～A16
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038934
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs (2020)
  • 著者名/発表者名: Dreizler S.、Crossfield I. J. M.、Kossakowski D.、Plavchan P.、Jeffers S. V. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 644 ページ: A127～A127
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The TOI-763 system: sub-Neptunes orbiting a Sun-like star (2020)
  • 著者名/発表者名: Fridlund M、Livingston J、Gandolfi D、Persson C M、Lam K W F et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 498 ページ: 4503～4517
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2502
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TOI 564 b and TOI 905 b: Grazing and Fully Transiting Hot Jupiters Discovered by TESS (2020)
  • 著者名/発表者名: Davis Allen B.、Wang Songhu、Jones Matias、Eastman Jason D.、Gunther Maximilian N. et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 160 ページ: 229～229
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aba49d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] K2-280 b - a low density warm sub-Saturn around a mildly evolved star (2020)
  • 著者名/発表者名: Nowak Grzegorz、Palle Enric、Gandolfi Davide、Deeg Hans J、Hirano Teruyuki et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 497 ページ: 4423～4435
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2077
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of a hot, transiting, Earth-sized planet and a second temperate, non-transiting planet around the M4 dwarf GJ 3473 (TOI-488) (2020)
  • 著者名/発表者名: Kemmer J.、Stock S.、Kossakowski D.、Kaminski A.、Molaverdikhani K. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 642 ページ: A236～A236
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038967
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs (2020)
  • 著者名/発表者名: Nowak G.、Luque R.、Parviainen H.、Palle E.、Molaverdikhani K. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 642 ページ: A173～A173
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202037867
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Obliquity measurement and atmospheric characterisation of the WASP-74 planetary system (2020)
  • 著者名/発表者名: Luque R.、Casasayas-Barris N.、Parviainen H.、Chen G.、Palle E. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 642 ページ: A50～A50
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038703
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A giant planet candidate transiting a white dwarf (2020)
  • 著者名/発表者名: Vanderburg Andrew、Rappaport Saul A.、Xu Siyi、Crossfield Ian J. M.、Becker Juliette C. et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 585 ページ: 363～367
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2713-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Multiplanet System TOI-421 (2020)
  • 著者名/発表者名: Carleo Ilaria、Gandolfi Davide、Barragan Oscar、Livingston John H.、Persson Carina M. et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 160 ページ: 114～114
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aba124
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simulations Predicting the Ability of Multi-color Simultaneous Photometry to Distinguish TESS Candidate Exoplanets from False Positives (2020)
  • 著者名/発表者名: Louie Dana R.、Narita Norio、Fukui Akihiko、Palle Enric、Tamura Motohide、Kusakabe Nobuhiko、Parviainen Hannu、Deming Drake
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 巻: 132 ページ: 084403～084403
  • DOI: 10.1088/1538-3873/ab9c8c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Limits on the Spin-Orbit Angle and Atmospheric Escape for the 22 Myr Old Planet AU Mic b (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirano Teruyuki、Krishnamurthy Vigneshwaran、Gaidos Eric、Flewelling Heather、Mann Andrew W.、Narita Norio et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 899 ページ: L13～L13
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aba6eb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Precise mass and radius of a transiting super-Earth planet orbiting the M dwarf TOI-1235: a planet in the radius gap? (2020)
  • 著者名/発表者名: Bluhm P.、Luque R.、Espinoza N.、Palle E.、Caballero J. A. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 639 ページ: A132～A132
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038160
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three short-period Jupiters from TESS (2020)
  • 著者名/発表者名: Nielsen L. D.、Brahm R.、Bouchy F.、Espinoza N.、Turner O. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 639 ページ: A76～A76
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202037941
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A planet within the debris disk around the pre-main-sequence star AU Microscopii (2020)
  • 著者名/発表者名: Plavchan Peter、Barclay Thomas、Gagne Jonathan、Gao Peter、Cale Bryson et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 582 ページ: 497～500
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2400-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TOI-503: The First Known Brown-dwarf Am-star Binary from the TESS Mission (2020)
  • 著者名/発表者名: Subjak Jan、Sharma Rishikesh、Carmichael Theron W.、Johnson Marshall C.、Gonzales Erica J. et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 159 ページ: 151～151
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab7245
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three planets transiting the evolved star EPIC 249893012: a hot 8.8-M_E super-Earth and two warm 14.7 and 10.2-M_E sub-Neptunes (2020)
  • 著者名/発表者名: Hidalgo D.、Palle E.、Alonso R.、Gandolfi D.、Fridlund M. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 636 ページ: A89～A89
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201937080
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrodynamic escape of mineral atmosphere from hot rocky exoplanet. I. Model description (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Yuichi、Ikoma Masahiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 502 ページ: 750～771
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3962
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of aqua planets with water of nebular origin: effects of water enrichment on the structure and mass of captured atmospheres of terrestrial planets (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Tadahiro、Ikoma Masahiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 496 ページ: 3755～3766
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1778
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Subaru IRD TESS Intensive Follow-up Project (2021)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: Subaru Users' Meeting FY2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MuSCATシリーズとすばる望遠鏡IRDインテンシブ観測によるTESSトランジット惑星候補のフォローアップ観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: 日本天文学会2021年春季年会
• [学会発表] TESSによるトランジット惑星探査 (2020)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: 第33回理論懇シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] MuSCATシリーズによる系外惑星観測+α (2020)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: 可視赤外線観測装置技術ワークショップ2020
  • 招待講演
• [学会発表] Ariel Consortium Meeting - Virtual (2020)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: Follow-up observations of TESS planets
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MuSCATシリーズによるTESS惑星候補のフォローアップ観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: 新学術領域「星惑星形成」2020年度大研究会
• [学会発表] 系外惑星観測の現状とこれから (2020)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: 宇宙地球惑星科学・若手会 夏の学校
  • 招待講演
• [備考] 若い恒星「けんびきょう座AU星」をめぐる惑星を発見
  • URL: http://abc-nins.jp/press/20200625_AU_Mic_Narita.pdf
• [備考] 燃え尽きた星をめぐる無傷の巨大惑星候補の発見
  • URL: https://www.c.u-tokyo.ac.jp/info/news/topics/files/20200917_naritansobun01.pdf
• [備考] 超高温・超短周期の海王星型惑星を発見
  • URL: https://www.c.u-tokyo.ac.jp/info/news/topics/files/20200922_naritansobun01.pdf
• [備考] 大気の詳細調査に適した地球型の系外惑星を発見
  • URL: https://www.c.u-tokyo.ac.jp/info/news/topics/files/20210305naritanosobun01.pdf