[論文レビュー] The MEarth-North and MEarth-South transit surveys: searching for habitable super-Earth exoplanets around nearby M-dwarfs

Jonathan Irwin, Zachory K. Berta-Thompson+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 31

ひとこと要約

MEarth-NorthおよびMEarth-Southの調査では、地上のロボット望遠鏡を用いて、近くの中〜後期M型矮星の周りに軌道を回すトランジットするスーパーリス・エアスおよびミニ・ネプチューン系外惑星を検出しており、小ぶりな恒星の半径と近接した居住可能な領域のおかげで、トランジット深度と検出可能性が向上しています。このプロジェクトは、GJ 1214bの発見、ケプラー探査結果と整合する惑星出現率の測定、6つの新しい低質量食連星および1,507個の天測パララックスの同定といった重要な成果を上げ、すべての光曲線が毎年公開されています。

ABSTRACT

Detection and characterization of potentially habitable Earth-size extrasolar planets is one of the major goals of contemporary astronomy. By applying the transit method to very low-mass M-dwarfs, it is possible to find these planets from the ground with present-day instrumentation and observational techniques. The MEarth project is one such survey with stations in both hemispheres: MEarth-North at the Fred Lawrence Whipple Observatory, Mount Hopkins, Arizona, and MEarth-South at Cerro Tololo Inter-American Observatory, Chile. We present an update on recent results of this survey, for planet occurrence rates, and interesting stellar astrophysics, for which our sample of 3000 nearby mid-to-late M-dwarfs has been very fruitful. All light curves gathered during the survey are made publicly available after one year, and we describe how to access and use these data.

研究の動機と目的

• 地上からのトランジット法を用いて、近くの中〜後期M型矮星の周りに、居住可能な地球サイズの系外惑星を検出し、特徴づけること。
• リアルタイムのトランジット検出とフォローアップを実装することで、長周期・小半径惑星の検出感度を向上させること。
• 長期間の光度測定を通じて、低質量星の正確な天体物理学的測定（天測パララックス、回転周期など）を実施すること。
• すべてのMEarth光曲線を観測後1年以内に公開し、広範な系外惑星および恒星天文学研究を支援すること。
• 近赤外分光法および干渉測定を用いて、恒星の性質の実験的補正を拡張すること。

提案手法

• 調査は、北半球のマウント・ホプキンズ（アリゾナ州）と南半球のセルロ・トロロ（チリ）に位置する8台の0.4 mのロボット望遠鏡を用い、継続的な調査モードで運用されている。
• 標的はLSPMおよびRECONSのカタログから選定され、33 pc以内にあり、半径が0.33 R☉未満の中〜後期M型矮星に焦点を当て、小惑星のトランジット深度を最大化している。
• 各望遠鏡は20〜30分の間隔で標的を観測しているが、リアルタイム解析により候補トランジット検出時に即座にフォローアップ観測が実施され、長周期惑星の検出感度が向上している。
• 光曲線は処理・校正され、トランジットに類似する低下を検出する。自動パイプラインが惑星候補を同定・検証している。
• 天測パララックスは、トランジット調査の長基準長光度測定と、3年間にわたり10日間隔の専用観測を組み合わせて測定された。
• 光学および近赤外分光計測によるフォローアップ観測により、活動性、金属量が測定され、原子線の等価幅を用いた恒星パラメータの実験的補正が可能になった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 33 pc圏内の中期〜後期M型矮星の周りに、スーパーリス・エアスおよびミニ・ネプチューンサイズの惑星がどれくらいの頻度で存在するか？
• RQ2 地上調査において、リアルタイムのトランジット検出は、長周期トランジット惑星の検出感度をどの程度向上させるか？
• RQ3 M型矮星の長期間光度測定は、低質量星の正確な天測パララックスおよび回転周期を取得できるか？
• RQ4 近赤外線の線等価幅と、半径や金属量といった基本的恒星特性との間の実験的関係は何か？
• RQ5 調査で同定された低質量食連星の性質は、星の構造と進化モデルをどの程度制約するか？

主な発見

• MEarth調査は、14.6 pc離れたM4.5型矮星の周りを回る、最初に大気透過スペクトルが測定されたトランジットするスーパーリス・エアスGJ 1214bを発見した。
• 中期〜後期M型矮星の惑星出現率は、ケプラー探査結果と整合しており、これらの星の周囲に高い惑星多重性が存在することを示している。
• 6つの新しい低質量食連星が発見された（北半球に4つ、南半球に2つ）、公転周期は0.77〜41日であった。
• 北半球の1,507個の中〜後期M型矮星に対して天測パララックスが測定され、多くの標的が以前にパララックス測定を受けていなかった。
• 2年間の光度測定を用いて、北半球の41個のM型矮星の回転周期が測定され、完全対流星における回転進化の研究が可能になった。
• 原子線等価幅を用いた近赤外線実験的手法が開発され、干渉測定による角直径測定で校正された恒星半径推定が可能になった。