直接イメージング法とは何ですか？

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太陽系外惑星の狩猟方法に関するシリーズの最新作にようこそ。今日、私たちは直接イメージングとして知られている非常に難しいが非常に有望な方法から始めます。

過去数十年の間に、私たちの太陽系を超えて発見された惑星の数は飛躍的に増加しました。 2018年10月4日の時点で、2,887の惑星系で合計3,869の太陽系外惑星が確認され、638のシステムが複数の惑星をホストしています。残念ながら、天文学者が対処することを余儀なくされた制限のために、これらの大部分は間接的な方法を使用して検出されました。

これまでのところ、星を周回する際に画像化されることで発見された惑星はほんの一握りです（別名：ダイレクトイメージング）。間接的な方法と比較して挑戦的ですが、この方法は、太陽系外惑星の雰囲気を特徴付けることになると、最も有望です。これまでのところ、この方法を使用して82の惑星系で100の惑星が確認されており、近い将来、さらに多くの惑星が発見されることが期待されています。

説明：

名前が示すように、ダイレクトイメージングは太陽系外惑星の画像を直接キャプチャすることで構成されています。これは、赤外線の波長で惑星の大気から反射された光を検索することで可能になります。この理由は、赤外線の波長では、星は光を反射する惑星よりも10億倍（通常、可視波長の場合）ではなく、約100万倍しか明るくないためです。

ダイレクトイメージングの最も明らかな利点の1つは、誤検知が発生しにくいことです。トランジットメソッドは、単一の惑星システムが関係するケースの最大40％で誤検出を起こしやすいのに対し（追跡観測が必要）、半径速度メソッドを使用して検出された惑星は確認が必要です（そのため、通常、トランジットメソッドとペアになっています）。。対照的に、ダイレクトイメージングでは、天文学者は自分が探している惑星を実際に見ることができます。

この方法を使用する機会はまれですが、直接検出できる場所であればどこでも、地球上の貴重な情報を科学者に提供できます。たとえば、惑星の大気から反射されたスペクトルを調べることにより、天文学者はその組成に関する重要な情報を得ることができます。この情報は、太陽系外惑星の特性評価と、それが潜在的に居住可能であるかどうかを決定することに固有です。

フォーマルハウトbの場合、この方法により、天文学者は惑星と星の原始惑星系円盤との相互作用についてさらに学び、惑星の質量に制約を課し、大規模なリングシステムの存在を確認することができました。 HR 8799の場合、太陽系外惑星の大気から反射された赤外線の量（惑星形成のモデルと合わせて）は、惑星の質量の概算を提供しました。

ダイレクトイメージングは、軌道が広く、特に巨大な惑星（ガスジャイアントなど）に最適です。また、「正面を向いて」配置されている惑星を検出する場合にも非常に役立ちます。つまり、観測者に対して星の前を通過しないことを意味します。これにより、半径方向の速度が補完されます。これは、惑星が星を通過する「エッジオン」である惑星を検出するのに最も効果的です。

他の方法と比較して、ダイレクトイメージングは、星からの光の影響が不明瞭になるため、かなり困難です。つまり、親の星が非常に明るい場合、惑星の大気から反射される光を検出することは非常に困難です。その結果、現在のテクノロジーを使用したダイレクトイメージングの機会は非常にまれです。

ほとんどの場合、惑星は、この方法を使用して検出することができます。これは、惑星が恒星から遠く離れて周回している場合、または特に重い場合にのみ検出できます。そのため、星の近く（つまり、星の居住可能ゾーン内）を周回する地球（別名「地球のような」）惑星を検索する場合は、非常に制限されます。結果として、この方法は、居住可能性のある太陽系外惑星の検索に関しては特に有用ではありません。

直接画像調査の例：

この手法を使用して行われた最初の太陽系外惑星の検出は2004年7月に行われました。このとき、天文学者のグループは、ヨーロッパ南天天文台（ESO）の超大型望遠鏡アレイ（VLTA）を使用して、2M1207に近接する木星の質量の数倍の惑星をイメージングしました。地球から約200光年離れたところにある茶色の小人。

2005年、さらなる観測により、この太陽系外惑星の軌道は2M1207頃に確認されました。しかし、茶色の矮星の光度が低いために惑星の検出が可能になったため、これが「ダイレクトイメージング」の最初のケースであることに懐疑的な人もいます。さらに、それは茶色の矮星を周回しているので、ガス巨人は適切な惑星ではないと主張する人もいます。

2008年9月、物体は、そのホストスター1RXS J160929.1？210524の周り330 AU離れて撮像されました。これは、さそり座星座の470光年離れた位置にあります。しかし、それが惑星であり、星の伴侶であることが確認されたのは2010年まででした。

2008年11月13日、天文学者のチームは、ハッブル宇宙望遠鏡を使用して、星Fomalhautを周回する太陽系外惑星の画像をキャプチャしたと発表しました。この発見は、フォーマルハウトを取り巻く厚いガスと塵の円盤と、惑星がその経路から破片を取り除いたことを示唆する鋭い内側の縁のおかげで可能になりました。

ハッブルでの追跡観測により、円盤の画像が生成され、天文学者が惑星を見つけることができました。もう1つの要因は、木星の質量の2倍のこの惑星が、土星のリングよりも数倍厚いリングシステムに囲まれていることです。これにより、惑星は視覚的な光の中で非常に明るく輝きました。

同じ日に、ケック天文台とジェミニ天文台の両方から望遠鏡を使用する天文学者は、HR 8799を周回する3つの惑星を画像化したと発表しました。これらの惑星は、木星の質量の10、10、7倍で、すべて赤外線で検出されました波長。これは、HR 8799が若い星であり、その周りの惑星がまだその形成の熱の一部を保持していると考えられているという事実に起因していました。

2009年、2003年までさかのぼって画像を分析したところ、ベータピクトリスを周回する惑星の存在が明らかになりました。 2012年、マウナケア天文台ですばる望遠鏡を使用する天文学者は、約55 AU（海王星から海王星までの距離のほぼ2倍）の距離で星カッパアンドロメダエを周回する「スーパージュピター」（12.8木星の質量）の画像を発表しました。太陽）。

他の候補者は長年にわたって発見されていますが、これまでのところ、それらは惑星として未確認のままであり、褐色矮星である可能性があります。合計すると、直接イメージング法を使用して100個の太陽系外惑星が確認され（確認されたすべての太陽系外惑星の約0.3％）、星から遠く離れたところを周回するガス巨星が圧倒的多数でした。

しかし、次世代の望遠鏡やその他の技術が利用可能になると、これは近い将来に変化すると予想されます。これには、30メートル望遠鏡（TMT）やマゼラン望遠鏡（GMT）などの補償光学系を備えた地上望遠鏡が含まれます。コロノグラフィーに依存する望遠鏡（James Webb宇宙望遠鏡（JWST）など）も含まれます。望遠鏡内のデバイスを使用して、星からの光を遮断します。

開発中のもう1つの方法は「スターシェード」と呼ばれ、望遠鏡に入る前に星からの光を遮断するように配置されたデバイスです。太陽系外惑星を探す宇宙ベースの望遠鏡の場合、スターシェードは別の宇宙船であり、適切な距離と角度で自分自身を配置して、観測されている星の天文学者からの星の光を遮ります。

スペースマガジンには、太陽系外惑星の狩猟に関する興味深い記事がたくさんあります。トランジット法とは何ですか、放射速度法とは何ですか、重力マイクロレンズ法とは何ですか？、ケプラーの宇宙：星よりも銀河の惑星の数が多いです。

天文学キャストは、主題についていくつかの興味深いエピソードを持っています。エピソード367：スピッツァーは太陽系外惑星を行い、エピソード512：太陽系外惑星の直接イメージングを行います。

詳細については、外惑星探査に関するNASAのページ、太陽系外惑星に関する惑星協会のページ、およびNASA / Caltech Exoplanet Archiveをチェックしてください。

出典：