[論文レビュー] Close stellar conjunctions of alpha Centauri A and B until 2050 - An mK = 7.8 star may enter the Einstein ring of alpha Cen A in 2028

P. Kervella, F. Mignard+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 25

ひとこと要約

この論文は、2028年5月に、明るい星S5（mK = 7.8）がアルファ・セントauriAに0.015弧秒の距離で近づく重力レンズ効果による微小光度変化の予測を行う。S5は0.47 masのアインシュタインリング内に入る確率が45%であり、この現象により超高精度の位置天文学と光度測定が可能となり、惑星系の探査や一般相対性理論の検証（相対論的屈折を用いて）が可能になる。この機会により、マイクロアーセコンドの精度でアルファ・セントauri AとBの質量と軌道パラメータを精緻化できる。

ABSTRACT

The rapid proper motion of the alpha Cen pair (3.7 arcsec/yr) and its location close to the galactic plane on a rich stellar background combine to make them excellent candidates for stellar conjunctions with distant stars. Adding new astrometry to archival data, we have refined the orbital parameters, barycentric proper motion and parallax of alpha Cen and compute its apparent trajectory on sky over the coming decades. We present a catalog of the expected close conjunctions until 2050. An exceptional event will take place in early May 2028, when alpha Cen A will come within 0.015 +/- 0.135 arcseconds of the mK = 7.8 star 2MASS 14392160-6049528 (hereafter S5). In terms of impact parameter and contrast, this is the most favorable stellar conjunction of alpha Cen within at least the next three decades. With an angular diameter of LD = 0.47 +/- 0.05 mas, it is likely that S5 is a red giant or supergiant located at several kiloparsecs. The approached stars will act as moving light probes in transmission through the environment of alpha Cen. The observation of these close conjunctions holds great promises to search for planets and other low mass objects in the alpha Cen system using photometry and astrometry. The relativistic deflection of the approached star images will be in the milliarcsecond range. The small impact parameter of the conjunction with S5 means that this star has a probability of 45% of entering the Einstein ring of alpha Cen A. The gravitational amplification of the flux of S5 could reach a factor five for the combination of the two lensed images. The proper motion, orbital parameters and parallax of alpha Cen will be measurable with an extreme accuracy from differential astrometry with the S stars. This will be valuable, for example to prepare the Breakthrough Starshot initiative to send interstellar nanocrafts to alpha Centauri.

研究の動機と目的

• 2050年までにアルファ・セントauriAとBと遠方の背景星との接近を予測する。
• 高精度の天体物理学的測定に最適な微小光度変化現象を特定・特徴付ける。
• 背景星の相対位置天文学を用いて、アルファ・セントauriAとBのパラメータをマイクロアーセコンドの精度で測定する。
• ブレイクスラッシュ・スターシャフト計画を支援するため、アルファ・セントauri系の動的パラメータを精緻化する。
• 接近時の二次的重力レンズ効果および光度食を通じて、惑星や低質量天体を検出する。

提案手法

• VLT/NACO、NTT/SOFI、NTT/SUSI2からの新規および既存の高分解能赤外位置天文学データを統合し、アルファ・セントauriの自己運動、距離パラメータ、軌道パラメータを精緻化する。
• 深紫外画像を用いて、アルファ・セントauriから数弧分以内の背景星を特定し、特に恒星が密集する銀河平面領域での位置を高精度で特定する。
• アルファ・セントauriAが背景星に及ぼす重力レンズ効果をモデル化し、アインシュタインリングの半径と接近パラメータを計算する。
• 更新されたエフェマリスを用いて接近のタイミングと幾何学的配置を予測し、位置天文学モデルに相対論的光の屈折を組み込む。
• GRAVITY（VLTI）やALMAなどの将来の機器の観測可能性を評価し、マイクロアーセコンドレベルでの信号対雑音比と測定精度を推定する。
• S5をアルファ・セントauriAに対して相対位置天文学的に観測することで、システムの距離パラメータと質量を10 μasの精度で測定する計画である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 今後30年間で、アルファ・セントauriAと背景星との最小角距離はどれくらいで、いつに発生するか？
• RQ2 背景星がアルファ・セントauriAのアインシュタインリング内に入る確率はどれくらいか？ その場合の光度増幅率は？
• RQ3 マイクロアーセコンドの相対位置天文学により、背景星の二次的レンズ効果が惑星や低質量天体の存在を明らかにできるか？
• RQ4 これらの接近現象を用いて、アルファ・セントauriAとBの距離パラメータ、自己運動、軌道パラメータをどれくらいの精度で測定できるか？
• RQ5 これらの現象が、恒星間ミッション計画のためのアルファ・セントauri系の動的モデルの検証・精緻化にどの程度寄与できるか？

主な発見

• 最も望ましい接近は2028年5月上旬に発生し、mK = 7.8の星S5がアルファ・セントauriAに最小投影距離0.015 ± 0.135弧秒で接近する。
• S5がアルファ・セントauriAのアインシュタインリング内に入る確率は45%であり、レンズ効果により最大で5倍の光度増幅が予想される。
• S5の視直径は0.47 ± 0.05 masと推定され、数キロパーセクの距離にあり、赤超巨星または赤超巨星である可能性が高い。
• S5との接近は2026年末から2029年末にかけてVLTIのGRAVITYで観測可能であり、10 μasの精度で相対位置天文学が可能になる。
• この現象により、光の相対論的屈折を高信頼性で測定でき、太陽系近傍における一般相対性理論の直接的検証が可能になる。
• これらの接近の位置天文学的モニタリングにより、アルファ・セントauriAとBの距離パラメータを10 μasのレベルで測定可能であり、相対精度10−5に相当し、距離の不確実性は±3 AU以内に収まる。