Transcript 重力マイクロレンズによる 暗黒物質と系外惑星探索の近況

伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力マイクロレンズ効果による
暗天体の探索
名古屋大学太陽地球環境研究所（ＳＴＥ研）
第３部門宇宙線研究グループ 伊藤好孝
第２回『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会
2009年10月23日 大阪市立大学
伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力による光の屈折
• アインシュタイン一般相対論(1916)
– 重力によって光の進路が曲がると予言
• 1919年の皆既日食により確認（エディントン）
a
r
4GM
a=
c2 r
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2009年10月23日 大阪市立大学
伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力マイクロレンズ効果による
暗天体探索
重力レンズ効果


天体の重力によって背景の星の光が「屈折」する効果
天体が「暗く」ても、その重力の存在を検出できる
• 暗黒物質（ＭＡＣＨＯ）探索
• 太陽系外惑星探索
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
銀河ハロー暗黒物質
（ＭＡＣＨＯ）
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
銀河の回転曲線問題
M.Fich and S.Tremaine, Annu.,Rev.,Astron.,Astrophys 29, (1991) 409
Mm
v2
G 2 =m
r
r
銀河には“見えない”物質が１０倍
あるはず
～１０×Ｍｓ/Ｌｓ
球状の暗黒ハローとして存在
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
銀河ハロー暗黒物質の候補
• バリオン的（通常天体、ガス）
– 中性水素ガス
• 重力で収縮しないように「熱く」ないといけない
– Massive Compact Halo Object (MACHO)
重力レンズ効果を利用
• 褐色矮星 （ < 0.08 Ms ) 核融合が始まらなかった天体
• 白色矮星 （ < 0.5 Ms 核融合終了後）
• 非バリオン的（未知の素粒子、天体）
素粒子の反応を利用
– ニュートリノ （hot dark matter)
– ニュートラリーノ(WIMP)、アクシオン (cold dark matter)
– 原始ブラックホール
バリオン的ハロー暗黒物質：光を発しないので天文的検出が困難
重力マイクロレンズ
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力マクロレンズ効果
銀河
• マクロとマイクロ
Lens（銀河団）
observer
distortion of space due to gravity
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力マイクロレンズ効果
恒星
1986年、パチンスキーはマゼラ
ン雲１０００万個の星を毎晩観測
すれば、ＭＡＣＨＯが起こす重力
マイクロレンズで星の増光が検
出できることを提案
marcsec
専有望遠鏡と大面積ＣＣＤ
observer
Amplification
（MACHO）
day
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
名古屋大学MOA-Ⅱ1.8m telescope (05 ~ )
口径1.8m
f2.9 主焦点
10k×8k CCD
2.2 deg2
ニュージーランド
マウントジョン天文台
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
大面積CCDカメラ：MOA-Cam3
10 2kX4k CCD素子. 有効面積12cm X 15 cm
（すばるsurpreme-camとほぼ同サイズ）
80,000,000 画素
満月の約１０倍以上の面積の視野を実現第２回『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力マイクロレンズ効果
1 4 G M DS  DL
tE =
DL
2
vt
c
DS
x2 + 2
A[x(t)] =
x ( x2 + 4 ) 1/2
= RE （アインシュタイン半径）
1/2
1/2
1/2
M
Ds
a(1-a)
10AU×
Ms
50kpc ¼
a = Ds/DL
A:増光率
b:impact parameter
t0 : 極大のt
• Vt : 速度
• DL : 距離
• M : 質量
x = ( b2 + ( ( t – t0 ) / tE )2 ) 1/2
増光曲線の例
背景天体
レンズ天体
DS
Vt
tE
DL
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重力レンズの実物
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重力マイクロレンズの増光マップ
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重力マイクロレンズ現象のビデオ
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５．連星重力マイクロレンズによる系外惑星探索
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連星重力マイクロレンズ
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
連星重力マイクロレンズでの増光マップ
Caustic
（増光率∞の線）
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力マイクロレンズによる増光の特徴
• 波長によらない
• 増光曲線は時間軸方向に対して対称
• 同じ背景天体に対して一度しか増光しない
• 主なバックグランド事象
– 長周期、不規則な変光星
– 新星、超新星
増光曲線のフィット、長期的な履歴、２バンド観測、分光
で弁別することができる
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第一世代の重力マイクロレンズ観測
MACHO & EROS (1992~)
伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
MACHO collaboration
1.28m telescope
Mount Stromlo Observatory,
Canberra, Australia
1.8 million stars
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
First Microlensing event
by MACHO & EROS
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
ＭＡＣＨＯとＥＲＯＳの観測結果
ＭＡＣＨＯグループ
５．５年間に１４例の
ＭＡＣＨＯ候補を発見
暗黒ハローの２０％は白色矮星
ＥＲＯＳグループ
１例も見つからず
暗黒ハローにＭＡＣＨＯはない
ＭＡＣＨＯグループが正しいとすると、銀河の光っている星と
同程度の白色矮星がハローに存在することになるが…？
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
MOAグループが見つかった新たなMACHO候補
（ただし古い６０ｃｍ望遠鏡での観測時代）
赤フィルター
•tE ：70.80(± 2.80)(日)
これ１個のみ
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
ハローMACHO探索の今後
• MACHOが銀河ハロー全てを占めることはなさそうだ
• MACHOグループの結果は銀外ハローの8~40%、
0.15~0.9Msolar、しかしながらこの結果は、
–
–
–
–
オーダー10イベントの議論
EROSグループとcontradict?
多量の白色矮星を要求
本当にハローを見ているのか？
銀河ハロー＝銀河の１０倍質量
• MOA１．８ｍ望遠鏡でLMC観測を継続中
– 統計を増やす（～４倍）
• 分布が見える。Model に対するsystematicsのチェック
– 時間分解能の高い観測
• 有限ソース、パララックス効果を用いてレンズ位置の特定
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
系外惑星探索
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
太陽系の惑星
金星 火星
水星 地球
地球型惑星
（岩石惑星）
木星
土星
木星型惑星
（ガス惑星）
天王星 海王星
天王星型惑星
（氷惑星）
ハビタブルゾーン
（生命居住可能範囲）
・水が液体で存在できる気温
大きく３種類に分けられる
木星の質量は、地球の３００倍
太陽は、そのさらに１０００倍
地球型(岩石)、木星型(ガス)、天王星型(氷)第２回『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
系外惑星の分布
３００個以上の系外惑星が
見つかっている
ほとんどが
小軌道半径
木星質量
Hot Jupitar ?
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
最もポピュラーな発見法：視線速度法
中心星が重心の周りを回っているのを、視線速度の変化として捕らえる
１９９５年はじめて「普通の」星の周りを回る太陽系外惑星を発見。その
後２００個近い惑星がこの方法で発見されている
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５．連星重力マイクロレンズによる系外惑星探索
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連星重力マイクロレンズでのcaustic
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
連星重力レンズ効果
主星のアインシュタインリング
Caustic:増効率無限大のライン
増光度
惑星のアインシュタインリング
時間
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
MOA1.8mによる銀河バルジ連続測光
X
60sec exposure
GB9,5 every 10min
(50 exposures/night)
Other every 60min
(10 exposures/night)
１０分に１回サンプリング！
星が最も高密度
系外惑星探査
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
マイクロレンズ観測ネットワーク
広視野望遠鏡 （MOA,OGLE) ： サーベイとアラート
小視野望遠鏡 （他グループ） ：フォローアップ
惑星イベントは短期間なのでリアルタイムで
フォローアップ観測をする必要がある
Liverpool(Robonet)
Palomar (μFUN)
Maui(Robonet)
Wise (μFUN)
MDM (μFUN)
La Silla(PLANET)
Farm Cove (μFUN)
Las Campanas(OGLE)
SAAO(PLANET)
Perth(PLANET)
Auckland (μFUN)
Siding Spring(Robonet)
Mt John(MOA)
CTIO (μFUN)
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Canopus(PLANET)
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
重力マイクロレンズによる
最初の惑星イベント
OGLE-2003-BLG-235/MOA-2003-BLG-53
マイクロレンズ観測による
太陽系外惑星の検出
世界初(Bond et al, 2004)
惑星の存在によるシグナルの
出ている時間は短い
数時間から数日程度
惑星イベントは
主星と惑星の質量比:q
主星惑星間距離:d/xDsθE
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がわかる
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
OGLE-2005-BLG-390
３例目の重力レンズ惑星イベント
地球の約５倍！
極大7月31日
Alert 7月11日
第2のピーク8月9日
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Beauliu et al., Nature
439, 437, 2006
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
５番目、６番目の
候補
（multi planet !)
２個目の惑星に
よる増光現象
3/28
4/5
4/8
ＭＯＡグループ
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６１ｃｍ望遠鏡の貢献
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
1 太陽質量
1 木星質量
5.2天文単位
0.3木星質量
4.3天文単位
（１太陽質量＝
１０００木星質量）
0.5太陽質量
0.71木星質量
0.27木星質量
今回発見の
惑星系
2.3 天文単位
2.3
天文単位
第２回『アインシュタインの物理』でリンクする研究・教育拠点研究会
2009年10月23日 大阪市立大学
伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
系外惑星の分布
氷型海王星タイプ
ポピュラーなもので
である可能性
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
最後に
• 重力マイクロレンズ現象
– 暗黒物質研究から太陽系外惑星研究へ展開
• 重力マイクロレンズ現象は小口径望遠鏡や
普通の観測環境でも十分研究できる
– 増光曲線を逃さず観測する事が大事
– 全世界のアマチュアを含むネットワークに
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伊藤好孝 「重力マイクロレンズ効果による暗天体」
おわり
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2009年10月23日 大阪市立大学