[論文レビュー] Report by the ESA-ESO Working Group on Extra-Solar Planets

M. A. C. Perryman, O. Hainhaut+15 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

2005年 ESA-ESO作業部会レポートは、2025年までの系外惑星研究の将来を概説し、軌道、アストロメトリー、微小レンズ効果、直接撮像を用いた地球に似た惑星の検出を目的とした、地上および宇宙の共同ミッションを提唱している。COROT、Gaia、Darwin、OWLといった主要施設の設置を勧告し、主要ミッションからの科学的成果を最大限に引き出すためにフォローアップ観測を重視し、将来的な生命探査および地球の画像化ミッションの基盤を築いている。

ABSTRACT

Various techniques are being used to search for extra-solar planetary signatures, including accurate measurement of radial velocity and positional (astrometric) displacements, gravitational microlensing, and photometric transits. Planned space experiments promise a considerable increase in the detections and statistical knowledge arising especially from transit and astrometric measurements over the years 2005-15, with some hundreds of terrestrial-type planets expected from transit measurements, and many thousands of Jupiter-mass planets expected from astrometric measurements. Beyond 2015, very ambitious space (Darwin/TPF) and ground (OWL) experiments are targeting direct detection of nearby Earth-mass planets in the habitable zone and the measurement of their spectral characteristics. Beyond these, `Life Finder' (aiming to produce confirmatory evidence of the presence of life) and `Earth Imager' (some massive interferometric array providing resolved images of a distant Earth) appear as distant visions. This report, to ESA and ESO, summarises the direction of exo-planet research that can be expected over the next 10 years or so, identifies the roles of the major facilities of the two organisations in the field, and concludes with some recommendations which may assist development of the field. The report has been compiled by the Working Group members and experts over the period June-December 2004.

研究の動機と目的

• 系外惑星検出技術および機器の現在および将来の状況を評価すること。
• ESOおよびESA施設の科学的役割と相乗効果が、系外惑星研究をどのように前進させるかを評価すること。
• 主要な系外惑星探査ミッションからのリターンを最大化するための、重要なフォローアップ観測ニーズを同定すること。
• 居住領域に存在する地球質量の惑星を検出するための地上および宇宙施設への戦略的投資を勧告すること。
• 直接的に地球に似た惑星を検出し、その大気の分光的特徴を同定する長期的ビジョンを描くこと。

提案手法

• 既存および計画中の検出法のサーベイ：ドップラー速度、トランジット光度測定、アストロメトリー、微小レンズ効果、直接撮像。
• COROT、Kepler、Eddington、Gaia、SIM、および将来的なDarwin/TPFの宇宙ミッションを評価し、トランジットおよびアストロメトリック検出を目的とする。
• ESOのVLT、VST/OmegaCam、および将来的なOWL/ELTを含む地上施設の能力を評価し、高精度ドップラー速度測定および直接撮像を目的とする。
• 2.5 m望遠鏡に16k×16kのCCDを搭載した微小レンズ効果キャンペーンを提案し、地球質量惑星の検出に1%の光度測定精度を達成する。これはVST/OmegaCamの主たる目的ではないが。
• VLTに高次元の適応光学およびコロナグラフ装置を導入し、系外惑星の直接検出を可能にする。
• 高分解能赤外分光計測（例：CRIRES）を推奨し、惑星の大気からの時間依存ドップラーシフトを検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2015年までに、居住領域に存在する地球質量惑星を効果的に検出するための最適な検出技術は何か？
• RQ2 ESOおよびESAの施設は、系外惑星の検出および特徴付けにおいて、どのように相互に補完的役割を果たせるか？
• RQ3 地球に似た系外惑星の直接撮像に必要なコントラストレベルを達成するための、機器的および観測戦略は何か？
• RQ4 フォローアップ観測は、トランジットおよびアストロメトリック調査からの科学的リターンをどのように最大化できるか？
• RQ5 2025年以降に向けた科学的に実現可能で技術的に可能である長期的ミッション概念（例：Darwin、Life Finder、Earth Imager）は何か？

主な発見

• COROT、Kepler、Eddingtonは、2005年から2015年の間にトランジット光度測定法を用いて数100個の地球型惑星を検出すると予想されている。
• GaiaおよびSIMは、同じ期間中にアストロメトリック測定を用いて数万個の木星質量惑星を検出すると予想されている。
• 2.5 m望遠鏡に16k×16kのCCDを搭載した微小レンズ効果キャンペーンは、地球質量惑星の検出に1%の光度測定精度を達成可能であり、VST/OmegaCamの主たる目的ではないが。
• HARPSおよびUVESを用いた高精度ドップラー速度サーベイは1 m/sの精度に達しており、低質量惑星の検出を可能としている。
• 地球質量惑星の直接撮像には約10^−10のコントラストが必要であり、これはOWLなどのELTで先進的な適応光学およびコロナグラフィーを用いることでのみ達成可能である。
• 高分解能赤外分光計測（例：CRIRES）を用いた、時間依存ドップラーシフトによる惑星大気の分光的検出は可能であり、特徴的な「異星的」スペクトル特徴を提供する。