高精度近赤外3色同時トランジット観測によるスーパーアースの基本的性質の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25247026
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 成田 憲保 国立天文台, 太陽系外惑星探査プロジェクト室, 特任助教 (60610532)
• 研究分担者: 泉浦 秀行 国立天文台, 岡山天体物理観測所, 准教授 (00211730) ; 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): 2013-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: 太陽系外惑星 / トランジット / 観測装置開発 / スーパーアース / 惑星大気 / 透過光分光 / 多色撮像カメラ

研究実績の概要

本研究は、最近太陽系外で発見されつつある「スーパーアース」、すなわち太陽系の地球と天王星・海王星の中間の質量・半径を持つ惑星の基本的な性質を調べることを目的としている。そこで本研究では、トランジット法によって新しいスーパーアースを発見することとその構造・大気組成を明らかにすることを目指して、岡山天体物理観測所の188cm望遠鏡に新しく搭載する多色撮像カメラMuSCATの開発を行ってきた。
当初の研究計画では平成27年度までかけてMuSCATの開発を行う予定だったが、予定よりも早く平成26年度のうちに開発と試験観測が完了したため、平成27年度は岡山天体物理観測所へのPI型の持ち込み装置として運用を行い、科学観測を実施した。
平成27年度は、MuSCATを用いた観測から次の4本の論文を発表した。(1)平成26年度に行った試験観測の結果としてMuSCATの装置性能を評価した観測装置論文(Narita et al. 2015a)、(2)実際のトランジット観測の結果としてMuSCATの測光精度を評価した論文(Fukui et al. 2016)、(3)K2-19bとK2-19cという2つのトランジット惑星を持つ惑星系K2-19の内側の惑星(K2-19b)のトランジット観測から、外側の惑星(K2-19c)の質量と大気構造を推定した論文(Narita et al. 2015b)、(3)ケプラーの第2期計画であるK2で発見されたスーパーアース候補が本物のスーパーアース(K2-28bと命名)であることを確認した論文(Hirano et al. 2016)。このうち(4)については、岡山天体物理観測所によるプレスリリースが行われた。
この他、理論的研究においてトランジット惑星の透過光スペクトルのモデル計算を行うための計算機の性能向上を行うなど、開発・観測・理論の各研究において着実な成果があった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究では岡山天体物理観測所の188cm望遠鏡に搭載する新しい多色撮像カメラMuSCATの開発を行ってきたが、当初平成27年度に予定していた観測装置の完成と試験観測が平成26年度中に前倒しで完了した。そのため、MuSCATは当初の計画より早い平成27年度から岡山天体物理観測所でPI型の持ち込み装置として運用を開始し、平成27年度中にMuSCATを用いた観測の成果として4本の論文を発表することができた。特に、この成果の中には新しいスーパーアースの発見(Hirano et al. 2016)や、20地球質量程度の低質量惑星K2-19cの質量・半径・大気構造を推定する(Narita et al. 2015b)など、本研究の目的によく合致した成果もあげることができた。当初の研究計画では平成28年度までにこうした観測成果を出すことを目指していたため、本年度も当初の計画以上に研究を進展させることができたと考えている。

今後の研究の推進方策

本研究で開発した多色撮像カメラMuSCATは、太陽系外惑星のトランジット観測に有用であるだけでなく、他の天文学のサイエンスでも役立つことが期待されている。そこで我々は、平成28年度からMuSCATを岡山天体物理観測所188cm望遠鏡のPI型の共同利用装置として公開することを予定している。それに伴い、MuSCATの開発的研究の一環として、観測マニュアルなどの環境を整備し、コミュニティに提供することを予定している。これは同時に本研究に関わる大学院生などの観測未経験者にも観測的研究への門戸を開くことになり、平成28年度以降の本研究の推進にもつながると考えている。
また、観測的研究においては、平成27年度から行っているK2のトランジット惑星候補の観測を継続し、観測結果の解釈を行う理論的研究チームとも協力しながら、引き続きスーパーアースの発見やその大気組成・構造についての観測成果を上げていきたいと考えている。

研究成果

• [国際共同研究] MIT/University of California, Berkeley/Harvard(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: MIT/University of California, Berkeley/Harvard
• [国際共同研究] University de Liege(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: University de Liege
• [国際共同研究] University of Warwick(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Warwick
• [国際共同研究] Aarhus University(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: Aarhus University
• [国際共同研究] IAC/Universidad de La Laguna/CSIC-IEEC(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: IAC/Universidad de La Laguna/CSIC-IEEC
• [雑誌論文] Demonstrating High-precision, Multiband Transit Photometry with MuSCAT: A Case for HAT-P-14b (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Fukui, Norio Narita, Yui Kawashima, Nobuhiko Kusakabe, Masahiro Onitsuka, Tsuguru Ryu, Masahiro Ikoma, Kenshi Yanagisawa, Hideyuki Izumiura
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 819 ページ: 27 (11pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/819/1/27
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The K2-ESPRINT Project. II. Spectroscopic Follow-up of Three Exoplanet Systems from Campaign 1 of K2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Vincent Van Eylen, Grzegorz Nowak, Simon Albrecht, et al. (including Norio Narita) (総著者数23名)
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 820 ページ: 56 (8pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/820/1/56
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The K2-ESPRINT Project III: A Close-in Super-Earth around a Metal-rich Mid-M Dwarf (2016)
  • 著者名/発表者名: Teruyuki Hirano, Akihiko Fukui, Andrew W. Mann, Roberto Sanchis-Ojeda, Eric Gaidos, Norio Narita, et al. (総著者数21名)
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 820 ページ: 41 (11pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/820/1/41
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The K2-ESPRINT Project I: Discovery of the Disintegrating Rocky Planet K2-22b with a Cometary Head and Leading Tail (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Sanchis-Ojeda, S. Rappaport, E. Palle, et al. (including N.Narita) (総著者数31名)
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 812 ページ: 112 (22pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/812/2/112
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MuSCAT: a multicolor simultaneous camera for studying atmospheres of transiting exoplanets (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita, Akihiko Fukui, Nobuhiko Kusakabe, Masahiro Onitsuka, Tsuguru Ryu, Kenshi Yanagisawa, Hideyuki Izumiura, Motohide Tamura, Tomoyasu Yamamuro
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 1 ページ: 045001 (14pp)
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.1.4.045001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of the K2-19 Multiple-transiting Planetary System via High-dispersion Spectroscopy, AO Imaging, and Transit Timing Variations (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita, Teruyuki Hirano, Akihiko Fukui, Yasunori Hori, Roberto Sanchis-Ojeda, Joshua N. Winn, Tsuguru Ryu, Nobuhiko Kusakabe, Tomoyuki Kudo, Masahiro Onitsuka, Laetitia Delrez, Michael Gillon, Emmanuel Jehin, James McCormac, Matthew Holman, Hideyuki Izumiura, Yoichi Takeda, Motohide Tamura, Kenshi Yanagisawa
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 815 ページ: 47 (11pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/815/1/47
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Titania may produce abiotic oxygen atmospheres on habitable exoplanets (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita, Takafumi Enomoto, Shigeyuki Masaoka, Nobuhiko Kusakabe
  • 雑誌名: Nature Scientific Reports 巻: 5 ページ: 13977 (6pp)
  • DOI: 10.1038/srep13977
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An eclipsing double-line spectroscopic binary at the stellar/substellar boundary in the Upper Scorpius OB association (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Lodieu, R. Alonso, J. I. Gonzalez Hernandez, R. Sanchis-Ojeda, N. Narita, Y. Kawashima, K. Kawauchi, A. Suarez Mascareno, H. Deeg, J. Prieto Arranz, R. Rebolo, E. Palle, V. J. S. Bejar, A. Ferragamo, J. A. Rubiño-Martin
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 584 ページ: A128 (15pp)
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201527464
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thirty Meter Telescope Detailed Science Case: 2015 (2015)
  • 著者名/発表者名: Skidmore, Warren; TMT International Science Development Teams; Science Advisory Committee, TMT (including Norio Narita) (総著者数143名)
  • 雑誌名: Research in Astronomy and Astrophysics 巻: 15 ページ: 1945-2140
  • DOI: 10.1088/1674-4527/15/12/001
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] TESS introduction and possible synergy in the fields of asteroseismology and galactic archaeology (2016)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: Workshop on Galactic archaeology - Asteroseismology
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2016-03-22 – 2016-03-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] K2/TESSによる全天トランジットサーベイとTAOとの連携 (2016)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: 2016年度日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京(東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-03-16 – 2016-03-16
• [学会発表] Characterizing Companions of Planetary Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: Post SEEDS Workshop
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2016-02-26 – 2016-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] 豊富な酸素は生命存在の証拠となるか? (2016)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: ABCミニワークショップ「極限環境の光合成」
  • 発表場所: 立川グランドホテル(東京都立川市)
  • 年月日: 2016-02-07 – 2016-02-07
  • 招待講演
• [学会発表] 系外惑星研究のこれまでとこれから (2016)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: ABCミニワークショップ「極限環境の光合成」
  • 発表場所: 立川グランドホテル(東京都立川市)
  • 年月日: 2016-02-06 – 2016-02-06
  • 招待講演
• [学会発表] Toward detections of habitable terrestrial planets around the Solar neighborhood (2016)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: Hierarchy and Holism in Natural Sciences 2015
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2016-02-05 – 2016-02-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Possible Subaru-TESS Synergy Campaign (2016)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: Subaru Users' Meeting FY2015
  • 発表場所: KKRホテル熱海(静岡県熱海市)
  • 年月日: 2016-01-21 – 2016-01-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Titania may produce abiotic oxygen atmospheres on habitable exoplanets (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita, Takafumi Enomoto, Shigeyuki Masaoka, Nobuhiko Kusakabe
  • 学会等名: Extreme Solar Systems
  • 発表場所: Kona, USA
  • 年月日: 2015-11-30 – 2015-11-30
  • 国際学会
• [学会発表] TESSの概要と新しいサイエンスの展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: TESSと地上望遠鏡等との連携で広がる多様なサイエンス
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2015-11-26 – 2015-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] IRDのトランジットフォローアップとTESSとのシナジー (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: 近赤外高分散分光研究会：地球型惑星探索と広がるサイエンス
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2015-11-24 – 2015-11-24
  • 招待講演
• [学会発表] Introduction of Japanese Facilities for K2 Follow-up Observations and Latest Results (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: K2SciCon
  • 発表場所: Santa Barbara, USA
  • 年月日: 2015-11-02 – 2015-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] 岡山188cm望遠鏡MuSCATの観測成果 I: K2のトランジット惑星候補EPIC201505350bのトランジット時刻変動(TTV)の確認 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: 2015年度日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-09
• [学会発表] Possible Contribution of the Subaru telescope to TESS follow-up (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: Subaru Keck Synergy Workshop
  • 発表場所: 東北大学(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2015-09-01 – 2015-09-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新観測装置MuSCATの性能と目指すサイエンス (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: 2015年度岡山ユーザーズミーティング
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2015-08-17 – 2015-08-17
• [学会発表] 系外惑星サーベイの副産物とPFSのシナジーの検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: すばるPFSによるサイエンス検討会
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2015-07-11 – 2015-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Exoplanet ISDT Activity Report: TMT’s Prospects for Exoplanets (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: TMT Science Forum 2015
  • 発表場所: Washington D.C., USA
  • 年月日: 2015-06-25 – 2015-06-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Future Missions of Transit Surveys and Characterizations (2015)
  • 著者名/発表者名: Norio Narita
  • 学会等名: The Origins of Planetary Systems: from the Current View to New Horizons
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2015-06-04 – 2015-06-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 系外惑星探査の将来計画の状況 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田憲保
  • 学会等名: 系外惑星専用宇宙望遠鏡小研究会
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区)
  • 年月日: 2015-05-23 – 2015-05-23
  • 招待講演
• [備考] 生命がいなくても酸素を豊富に保持する地球型惑星の存在可能性を示唆
  • URL: http://esppro.mtk.nao.ac.jp/Members_PRESS/201509/
• [備考] 近傍の赤色矮星をまわる新たなスーパーアースを発見
  • URL: http://www.oao.nao.ac.jp/public/research/k2-28b/