[論文レビュー] SPIRou: a spectropolarimeter for the CFHT

C. Moutou, I. Boisse+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

SPIRou は、カナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡を対象として開発された近赤外分光偏光計および高精度径速度計であり、M型矮星回りの地球に似た惑星の検出と、若い恒星系における磁場の研究を目的としている。その独自の高安定性、偏光測定、Kバンドカバー範囲の組み合わせにより、正確な径速度測定と星の活動性補正が可能となり、系外惑星および星形成研究の前進が著しく促進される。

ABSTRACT

SPIRou is a near-infrared spectropolarimeter and high-precision radial-velocity instrument, to be mounted on the 3.6m Canada-France-Hawaii telescope ontop Maunakea and to be offered to the CFHT community from 2018. It focuses on two main scientific objectives : (i) the search and study of Earth-like planets around M dwarfs, especially in their habitable zone and (ii) the study of stellar and planetary formation in the presence of stellar magnetic field. The SPIRou characteristics (complete coverage of the near infrared wavelengths, high resolution, high stability and efficiency, polarimetry) also allow many other programs, e.g., magnetic fields and atmospheres of M dwarfs and brown dwarfs, star-planet interactions, formation and characterization of massive stars, dynamics and atmospheric chemistry of planets in the solar system.

研究の動機と目的

• 質量が小さいため径速度検出に有利なM型矮星のハビタブルゾーンに存在する地球に似た惑星を検出し特徴づけること。
• 原始星や降着円盤を含む若い星の形成・進化における磁場の役割を調査すること。
• M型矮星の近赤外域で観測することで、高精度な径速度測定を可能とし、星の活動性の影響をより効果的に軽減すること。
• 大気吸収ラインの変動と星の活動性が径速度測定に与える影響を、高度なキャリブレーションおよび分光偏光技術によって克服すること。
• トウラス、アウリガ、TWヘーア、およびρオphiuchii領域の若年齢原始星約140個を対象としたレガシーサーベイを実施し、磁場トポロジーをマップし、初期恒星系における惑星形成 timescale を制約すること。

提案手法

• M型矮星が最大の放射を示すKバンド（2.0–2.4 μm）に最適化された高分解能・高安定性近赤外分光計を用いる。
• 星の活動性を検出し補正できる分光偏光測定を組み込み、磁場の変動を測定することで、より正確な径速度測定を実現する。
• 天候や時間に応じて変化する大気吸収ラインの影響を低減するため、高度なキャリブレーション技術を採用する。
• 星のテンプレートとの相関関数を用いた径速度測定により、1秒あたり数mの精度でドップラーシフトを測定する。
• 複数回の観測を実施し、自転調制をサンプリングすることで、星の活動性と惑星信号を区別する。
• SPIRou レガシーサーベイのデータを統合し、トウラス、アウリガ、TWヘーア、およびρオphiuchii領域の若年齢原始星を体系的に観測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SPIRou は、1 m/s未満の径速度精度で、M型矮星のハビタブルゾーンに存在する地球質量の惑星を検出可能か？
• RQ2 原始系列星における磁場は、降着、角運動量の進化、および円盤ダイナミクスにどのように影響を与えるか？
• RQ3 クラスI原始星の磁場トポロジーはどのようなものであり、初期恒星形成段階でどのように進化するか？
• RQ4 分光偏光測定は、M型矮星の星の活動性を補正することで、どの程度径速度測定精度を向上させ得るか？
• RQ5 長期的な若年星系のモニタリングを通じて、ホット・ジュピターの形成および移動 timescale にどのような制約を課すことができるか？

主な発見

• SPIRou は1 m/s未満の径速度精度を達成する設計となっており、M型矮星回りの地球に似た惑星の検出が可能となる。
• 分光偏光測定機能により、径速度ノイズの主要因である星の磁気活動を直接測定・補正でき、大きな利点を有する。
• SPIRou レガシーサーベイでは、複数の星形成領域にまたがる約140個の若年齢原始星を観測し、磁場トポロジーをマップする。
• このサーベイは、埋蔵状態にあり光学波長で可視性が低いことから、現在あまり理解されていないクラスI原始星にまで及び、その対象を拡大する。
• SPIRou のKバンドカバー範囲は、低質量星および埋蔵された天体に対して優れた信号対雑音比を提供し、検出効率を向上させる。
• SPIRou は2017年末までにCFHTで運用可能になると予想され、2018Aからコミュニティ利用が開始され、初の3年間で300夜以上の観測が可能となる。