膨張した若い系外惑星が見つかる

おうし座V1298系

若い恒星「おうし座V1298」に新たに3つの惑星が見つかりました。これらは平均密度の低い膨張した巨大ガス惑星と見られます。

NASAのジェット推進研究所に所属するTrevor J. David氏らの研究グループがarXivに投稿した論文は、生まれて間もない恒星「おうし座V1298」に3つの系外惑星を発見したことを伝えています。既に知られていた惑星1つと併せて、この系に知られている惑星は4つになりました。

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K2-138系の惑星質量

K2-138系の惑星

6つの惑星が知られている「K2-138」系の惑星質量が地上からの観測で明らかになりました。

「K2-138」系は「ケプラー」宇宙望遠鏡の延長ミッションに当たる「K2ミッション」で6つの惑星が見つかた惑星系です。この系には、惑星の公転周期が整数比に近くなる「軌道共鳴」が見られ、特に内側5つの惑星が公転周期約2:3の比で連なっていることが特徴です。

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小惑星帯から海王星に相当する軌道を往復する巨大惑星

視線速度法の観測で潰れた楕円軌道を約70年かけて公転する惑星「HR 5183 b」が発見されました。この星はこれまでに視線速度法で見つかった中で最も長い公転周期を持ちます。

HR 5183 bと太陽系の木星型惑星・天王星型惑星の軌道の比較。

カリフォルニア工科大学に所属する Sarah Blunt 氏らがarXivに投稿した研究(arXiv:1909.09925)は、恒星「HR 5183」に視線速度法(RV法)で惑星「HR 5183 b」を発見したことを伝えています。

RV法は惑星の公転に伴って主恒星の視線速度(奥行き方向の速度)が変わることをドップラー効果を通じて調べる方法です。惑星が真円軌道をもつケースでは視線速度は単純な波形(サイン曲線)に沿って変動しますが、楕円軌道の場合は歪んだ形になります。

関連記事:系外惑星の観測方法#視線速度法

太陽に似た比較的明るい恒星HR 5183は、1997年からRV法で観測されてきました。10年以上に渡ってHR 5183にはほとんど変化が見られませんでしたが、2015年頃から視線速度が増加を始め、2018年に元の値より約90m/s高いピークに達した後、減少に転じました。

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公転周期の長いサブネプチューンの質量が測定される

ケプラー宇宙望遠鏡が発見した惑星「ケプラー538b」の質量が測定されました。この星は81.7日という比較的長い公転周期を持ち、周期50日以上の質量が測定された系外惑星として最小の天体となりました。

視線速度法は系外惑星の質量を調べるための代表的な手段ですが、これまでそのターゲットは質量が大きいか公転周期が短い惑星が中心でした。

カリフォルニア大学に所属する Andrew W. Mayo 氏らの国際研究グループがarXivに投稿したプレプリント(arXiv:1908.08585)は、ケプラー宇宙望遠鏡が2016年に発見した惑星「ケプラー538b」の質量を視線速度法で測定したものです。

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打ち上げへ向けて準備が進むCHEOPS その実力とは?

「CHEOPS」は今年後半に打ち上げが予定されているヨーロッパの系外惑星観測衛星です。今回この衛星に搭載される観測システムの性能を調べた研究が公開されました。

欧州宇宙機関とスイスが開発を主導し、2019年10~11月に打ち上げが予定されているの「CHEOPS」(ケオプス、CHaracterising ExOPlanet Satellite)は、系外惑星が恒星の手前を横切る「トランジット」を観測する人工衛星です。

これまでトランジット法用に打ち上げられた宇宙機「COROT」「ケプラー」「TESS」は、多くの恒星を同時に観測して新しい系外惑星を見つけることを主眼としていました。一方でCHEOPSは既知の惑星をターゲットに、特定の時刻に特定の天体を指向して観測することで、比較的小型・安価な衛星でありながら、トランジットに伴う光度変化を高い精度で測定することができます。

CHEOPSが性能を発揮するためには、打ち上げに先立って地上(実験室)で実機の特性を検証・較正することが前提です。スイスのジュネーブ大学に所属する A. Deline 氏ら研究チームが8月5日arXivに投稿した研究(arXiv:1908.01636)は、そのような検証の結果を伝えています。

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太陽系近傍の赤色矮星にハビタブル惑星候補が見つかる

太陽系近傍にある恒星「GJ 1061」の周りに3つの地球型惑星候補が見つかりました。そのうち少なくとも1つでは、惑星表面に液体の水が存在できるかもしれません。

独ゲオルク・アウグスト大学に所属する S. Dreizler氏らヨーロッパとチリの研究者からなるグループがarXivに投稿した研究(arXiv:1908.04717)は、太陽系近傍の恒星「GJ 1061」(別名ルイテン372-58)に3つの惑星候補を見つけたことを伝えています。

GJ 1061は太陽から12光年の距離にある赤色矮星(低温の小さい恒星)で、質量は太陽の12%・半径は16%しかありません。この星の質量やサイズは、太陽系最至近の恒星として知られるプロキシマ・ケンタウリに似ています。

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HD 139139の謎の変光に太陽系外衛星が関連か

変光星HD 139139に見られる不規則な減光を説明するシナリオとして、惑星ではなく衛星が恒星の手前を横切っているという説が提唱されました。

HD 139139の減光の説明

「HD 139139」(別名EPIC 249706694)は、2019年に「ケプラー」宇宙望遠鏡の延長ミッションのデータから見つかった奇妙な変光星です。この星では、手前を横切る系外惑星が恒星の光を遮る「トランジット」に似た一時的な減光が多数記録されました。しかしそこには通常のトランジットに見られるはずの周期性がありませんでした。

関連記事:系外惑星の観測方法#トランジット法

関連記事:謎の変光星 HD 139139

発見者のRappaport氏らは変光の原因としていくつかの説を考えたものの、いずれも減光パターンと周期性の欠如を同時に満たせないどの問題を抱えていました。

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特徴的な主星の周りに見つかった4つのホットジュピター

トランジット法で系外惑星を探している「WASP」プロジェクトが新たに4つのホットジュピター(高温の木星型惑星)を報告しました。

英キール大に所属する Coel Hellier 氏らの研究グループがarXivに投稿した研究(arXiv:1907.11667)は、小型の地上望遠鏡でトランジット法を通じて系外惑星を観測している「WASP」プロジェクトの成果を伝えています。報告された4つの惑星「WASP-178b」「WASP-184b」「WASP-185b」「WASP-192b」は、それぞれが別々の恒星の周りを公転しているホットジュピターです。

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374個の惑星候補が新たにケプラー延長ミッションのデータから見つかる

ケプラーの延長ミッションに当たるK2ミッションのデータを再分析した研究で、818個の惑星候補が検出されました。うち374個はこれまで知られていなかったものです。

「ケプラー」宇宙望遠鏡は、系外惑星が恒星の手前を横切る際に恒星の光を遮る現象(トランジット)を通じて惑星を観測するために打ち上げられました。2009年から2013年に行われた主要ミッションと、2014年から2018年に延長ミッションとして行われた「K2ミッション」のデータからは現在も新たな発見が続いています。

関連記事:系外惑星の観測方法#トランジット法

NASAのゴダード宇宙飛行センターに所属する Ethan Kruse 氏らアメリカの研究チームがarXivに投稿した研究(arXiv:1907.10806)は、2013年にCarter氏とAgol氏が開発した「QATS」と呼ばれるアルゴリズムを用いて、K2ミッションのデータを再分析したものです。Agol氏は今回の研究にも共著者として名を連ねています。

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WASP-4bの周期はやはり変化していた

ホットジュピター「WASP-4b」のトランジットの発生間隔が変化していることが確かめられました。ホットジュピターでこのような変化が見つかるのは稀です。

「WASP-4b」は2008年に発見されたホットジュピター(高温の木星型惑星)です。この惑星は木星の1.25倍の質量と1.36倍の半径を持ち、主恒星の手前を横切ることで光を遮る「トランジット」を1.338日周期で起こしています。

関連記事:系外惑星の観測方法#トランジット法

WASP-4bは2018年に系外惑星観測衛星「TESS」によって再観測されました。その時のトランジットの発生時刻は、それまでの研究から予想される時刻より約80秒早いものでした。これはWASP-4bにトランジット時刻変動(TTV)が起きている可能性を示しています。

TESSによるWASP-4bの観測の詳細:81秒早く現れたホットジュピター

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系外惑星候補を多色観測で簡単に確認する方法

宇宙ミッション等で発見される膨大な量の惑星候補を、どのようにして効率よく確認していくかが課題となっています。トランジットの多色観測はその解決策の1つです。

周縁減光の波長依存性

2018年に打ち上げられた「TESS」や、2026年の打ち上げが予定されている「PLATO」は、系外惑星が恒星の手前を横切る現象(トランジット)を用いて、数百から数千個の「惑星候補」を見つけることが期待されています。

関連記事:系外惑星の観測方法#トランジット法

惑星候補を惑星と確かめるにはフォローアップ観測が必要です。その方法としては「視線速度法」(RV法)が確実ですが、RV法を行える高性能な望遠鏡は限られているため、この方法で全ての惑星候補を調べるのは現実的ではありません。

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4つの惑星がケプラー延長ミッションのデータに埋もれていた理由

K2ミッションのデータを再分析した研究で、3つの惑星系に4つの惑星が新たに確認されました。これらの系ではそれぞれ異なる理由で惑星の発見が妨げられていました。

Hedges et al. 2019で研究された惑星系。

「ケプラー」宇宙望遠鏡は恒星の手前を横切る系外惑星が恒星の光を遮ること(=トランジット)を利用して惑星を探しました。2014年から2018年に延長ミッションとして行われた「K2ミッション」では指向精度の低下を抱えながら、1か所当たり約80日間の比較的短期間の観測が行われました。

2018年に打ち上げられた系外惑星観測衛星「TESS」はいくつかの点でケプラーの主要ミッションよりもK2ミッションに似ています。TESSは設計上ケプラーより指向精度が劣り、観測期間も一か所当たり27日に過ぎません。これらのことから、K2ミッションはTESSのデータを活用する上で大いに参考になると考えられています。

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ケプラー延長ミッションの初期データから惑星候補が見つかる

ケプラー宇宙望遠鏡の延長ミッションのデータから、高温の主星の周りを回る天体が見つかりました。この天体が惑星なのか褐色矮星なのかは分かっていません。

2014年から2018年まで行われていた「K2ミッション」は、「ケプラー」宇宙望遠鏡の延長ミッションに当たります。K2は主要ミッションと同様にトランジット法で系外惑星を見つけることを主な目的としましたが、最初の観測である「キャンペーン0」(C0, 2014年3~5月)は、ふたご座の方角にある2つの散開星団(M35とNGC2158)を対象とし、主に性能確認や星団・変光星の研究に用いられました。

関連記事:系外惑星の観測方法#トランジット法

米ウィルコックスハイスクールに所属する S. Dholakia 氏らがarXivに投稿した研究(arXiv:1907.06662)は、C0のデータから新たに低質量の伴星を発見したことを伝えています。

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TTV法で見つかった惑星ケプラー82f

4つの惑星が知られているケプラー82系に新たに地球の21倍の質量を持つ惑星が見つかりました。

TTVのイメージ

ドイツのゲオルク・アウグスト大学ゲッティンゲンに所属する J. Freudenthal 氏らの国際グループがarXivに投稿した研究(arXiv:1907.06534)は、NASAの「ケプラー」宇宙望遠鏡の観測で既に4つの系外惑星が見つかっている「ケプラー82系」に、第5の惑星を発見したことを伝えています。

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