[論文レビュー] CARMENES. I. A radial-velocity survey for terrestrial planets in the habitable zones of M dwarfs. A historical overview

P. J. Amado, A. Quirrenbach+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

CARMENESは、3.5 mカラホの望遠鏡に搭載された二バンド（可視光および近赤外）エシェレ分光計を用いた高精度径速度サーベイであり、M型矮星の生命的な領域に存在する低質量惑星を検出することを目的としている。1 m/sの径速度精度を達成することを目指し、5年間にわたり300個のM型矮星を対象とし、スーパーアースおよび地球サイズの惑星を検出することで、これらの星の生命的領域における惑星の頻度、質量、軌道パラメータに関する重要な統計を得ることを目的としている。

ABSTRACT

CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs) is a next generation instrument being built for the 3.5-m telescope at the Calar Alto Observatory by a consortium of eleven Spanish and German institutions. Conducting a five-year exoplanet survey targeting 300 M dwarfs with the completed instrument is an integral part of the project. The CARMENES instrument consists of two separate echelle spectrographs covering the wavelength range from 550 to 1700 nm at a spectral resolution of R=82,000, fed by fibers from the Cassegrain focus of the telescope. The spectrographs are housed in vacuum tanks providing the temperature-stabilized environments necessary to enable a 1 m/s radial velocity precision employing a simultaneous calibration with emission-line lamps.

研究の動機と目的

• 高精度径速度測定を用いて、M型矮星の生命的領域に存在する低質量惑星、特に地球サイズのスーパーアースを検出すること。
• M型矮星の周囲における惑星の頻度、質量、軌道パラメータ、多重性を特定すること、特に生命的領域におけるものに焦点を当てる。
• 1回の測定あたり1 m/sの径速度精度を達成し、水素燃焼限界に近いM型矮星の周囲に地球質量の惑星を検出可能とする。
• 3.5 mカラホ望遠鏡で600夜の保証時間を利用し、5年間にわたり300個のM型矮星をサーベイすること。
• HARPSと同等の科学的インパクトを持つ長期的かつ安定した系外惑星サーベイを確立し、中程度の磁気活動を示す後期型星に焦点を当てる。

提案手法

• 装置は、0.55–1.7 μmの波長域をR = 82,000でカバーする2つの独立したエシェレ分光計で構成され、望遠鏡のカッシエグレイン焦点からファイバーを介して入射する。
• 分光計は温度制御された真空タンクに収納されており、長期的な安定性を確保する。
• 発光ラインランプを用いた同時校正により、1 m/sの径速度精度を達成し、小惑星の検出に不可欠である。
• サーベイは、M4V型およびそれ以降のスペクトル型、質量 <0.20 M⊙のM型矮星を対象とし、生命的領域のカバー率を最大化する。
• プロジェクトは、スペインおよびドイツの機関がCSIC、MPG、地方自治体を通じて参加する二段階の資金調達および開発戦略を採用している。
• コンsortiumの構造により、ドイツ・スペインの管理における対等性が保証され、コア管理チームおよびプロジェクト監査委員会が開発と運用を監視する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M型矮星の生命的領域に存在する低質量惑星、特に地球サイズのスーパーアースの頻度はどの程度か？
• RQ2 1 m/sの径速度精度は、水素燃焼限界に近いM型矮星の周囲に地球質量の惑星を検出可能か？
• RQ3 M型矮星の生命的領域における惑星の典型的な軌道パラメータ、離心率、多重性は何か？
• RQ4 M型矮星の周囲におけるガス巨大惑星の出現頻度は、氷巨大惑星および陸上惑星と比べてどの程度か？
• RQ5 1 m/sの径速度精度を達成するために、二バンド（可視光および近赤外）分光計の長期的安定性と性能はどの程度か？

主な発見

• CARMENES装置は最終設計レビューを完了し、2014年に本格的な設置・統合・検証フェーズに移行した。
• 装置は1 m/sの径速度精度を達成し、Kp = 2 m/sのM型矮星の生命的領域に存在する地球サイズの惑星（5 M⊕）を検出可能である。
• 5年間にわたり300個のM型矮星を観測するサーベイが実施され、3.5 mカラホ望遠鏡で600夜の保証時間を利用し、追加で150夜のバッファが予定されている。
• プロジェクトは合計750万ユーロの資金を確保し、うち現金500万ユーロ、寄付品250万ユーロがコンsortiumメンバーから提供された。
• 11のスペインおよびドイツの機関から構成されるCARMENESコンsortiumは、2009年初頭に正式に設立され、ドイツ・スペインの対等な管理がとられている。
• 2005年の初期提言から成功した資金調達および設計フェーズに至るまでの歴史的発展は、ヨーロッパにおける将来的な機器プロジェクトのモデルを提供している。