重力マイクロレンズ法とは何ですか？

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太陽系外惑星の狩猟方法に関するシリーズにようこそ。今日、私たちは、重力マイクロレンズとして知られている奇妙でユニークな方法を検討します。

太陽系外惑星の狩猟は、過去10年間で熱くなっています。技術と方法論の改善により、観測された太陽系外惑星の数（2017年12月1日現在）は、2,780星系で3,710惑星に達し、621系は複数の惑星を誇っています。残念ながら、天文学者はさまざまな限界に直面しているため、大多数は間接的な方法で発見されています。

太陽系外惑星を間接的に検出するために最も一般的に使用される方法の1つは、重力マイクロレンズとして知られています。基本的に、この方法は、星からの光を曲げたり集束したりする遠くの物体の重力に依存しています。惑星が観測者に対して星の前を通過する（つまり、通過する）と、光は測定可能な程度に低下し、惑星の存在を判断するために使用できます。

この点で、Gravitational Microlensingは、Gravitational Lensingの縮小バージョンであり、介在するオブジェクト（銀河団のような）を使用して、銀河またはその向こうにある他のオブジェクトからの光に焦点を当てます。また、非常に効果的な交通手段の主要な要素を組み込んでおり、星の明るさの低下を監視して、太陽系外惑星の存在を示します。

説明：

アインシュタインの一般相対性理論に従って、重力は時空の構造を曲げます。この効果により、オブジェクトの重力の影響を受けるライトが歪んだり曲がったりすることがあります。それはレンズとしても機能し、光をより集中させ、遠くのオブジェクト（星など）を観察者に明るく見せます。この効果は、2つの星が観測者（つまり、一方が他方の前に配置されている）に対してほぼ正確に位置合わせされている場合にのみ発生します。

地球と私たちの銀河の星は常に相対的に動いているため、これらの「レンズ現象」は短時間ですが、豊富です。過去10年間で、1,000以上のそのようなイベントが観察され、通常は一度に数日または数週間続きました。実際、この効果は、1919年にアーサーエディントン卿によって一般相対性理論の最初の実証的証拠を提供するために使用されました。

これは、1919年5月29日の日食の際に行われ、エディントンと科学探検隊が西アフリカの沖合のプリンシペ島に旅して、現在太陽の周りに見える星々の写真を撮りました。これらの写真は、太陽の重力場に応じてこれらの星からの光がわずかにシフトした様子を示すことにより、アインシュタインの予測を裏付けました。

この技法は、1991年に天文学者のShude MaoとBohdan Paczynskiによって、星との連星を探す手段として提案されました。彼らの提案は、太陽系外惑星を検出する方法として、1992年にAndy GouldとAbraham Loebによって洗練されました。この方法は、銀河のふくらみが多数の背景の星を提供するため、銀河の中心に向かって惑星を探すときに最も効果的です。

利点：

マイクロレンズは、地球から本当に遠くにある惑星を発見できる唯一の既知の方法であり、最小の太陽系外惑星を見つけることができます。半径速度法は地球から最大100光年の惑星を探すときに効果的ですが、トランジット測光は数百光年離れた惑星を検出できますが、マイクロレンズは数千光年離れた惑星を見つけることができます。

他のほとんどの方法は小さな惑星に向かって検出バイアスを持っていますが、マイクロレンズ法は、太陽のような星から約1-10天文単位（AU）離れた惑星を検出する最も感度の高い手段です。マイクロレンズは、より広い軌道で低質量の惑星を検出する唯一の実証済みの手段でもあります。この場合、トランジット法と半径方向の速度の両方が効果的ではありません。

まとめると、これらの利点により、マイクロレンズは太陽のような星の周りの地球のような惑星を見つけるための最も効果的な方法になります。さらに、地上の施設を使用してマイクロレンズ調査を効果的にマウントできます。トランジット測光と同様に、マイクロレンズ法は数万の星を同時に調査するために使用できるという事実から恩恵を受けます。

短所：

マイクロレンズ現象は一意であり、繰り返されることはないため、この方法を使用して検出された惑星は再び観測できなくなります。さらに、検出された惑星は非常に遠くにある傾向があるため、追跡調査が事実上不可能になります。幸運なことに、マイクロレンズ検出は非常に高い信号対雑音比を持っているため、通常、追跡調査を必要としません。

確認は必要ありませんが、いくつかの惑星のマイクロレンズ現象が確認されています。イベントOGLE-2005-BLG-169の惑星信号は、HSTとケックの観測によって確認されました（Bennett et al。2015; Batista et al。2015）。さらに、マイクロレンズによる調査では、惑星の距離の大まかな推定しかできず、誤差にかなりのマージンが残されます。

この方法で直接決定できる唯一の軌道特性は、惑星の現在の準主軸であるため、マイクロレンズは、惑星の軌道特性の正確な推定値を生成することもできません。そのため、偏心軌道を持つ惑星は、その軌道のごく一部（星から離れている場合）でのみ検出されます。

最後に、マイクロレンズは、まれでランダムなイベント（地球から見て、ある星が別の星の真正面を通過すること）に依存しているため、検出がまれで予測不可能になります。

重力マイクロレンズ調査の例：

マイクロレンズ法に依存する調査には、ワルシャワ大学の光学重力レンズ実験（OGLE）が含まれます。大学の天文台の責任者であるAndrzej Udalskiが率いるこの国際プロジェクトは、チリのラスカンパナスにある1.3メートルの「ワルシャワ」望遠鏡を使用して、銀河のふくらみの周りの100個の星のフィールドでマイクロレンズ現象を検索します。

天体物理学におけるマイクロレンズ観測（MOA）グループもあります。これは、ニュージーランドと日本の研究者間の共同作業です。名古屋大学の村木康教授が率いるこのグループは、マイクロレンズ法を使用して、暗黒物質、太陽系外惑星、南半球の恒星大気の調査を行っています。

そして、南半球の周りに配置された5つの1メートル望遠鏡で構成される、プロービングレンズ異常ネットワーク（PLANET）があります。このプロジェクトは、RoboNetと協力して、地球と同じくらいの質量の惑星によって引き起こされるマイクロレンズ現象のほぼ連続した観測を提供できます。

これまでで最も敏感な調査は、2009年に韓国天文宇宙科学研究所（KASI）によって開始されたプロジェクトである韓国マイクロレンズ望遠鏡ネットワーク（KMTNet）です。KMTNetは、南部の3つの観測所にある機器を利用して、銀河の膨らみ。星の居住可能ゾーンを周回する地球-質量惑星への道を示すマイクロレンズ現象を探しています。

私たちはここスペースマガジンで太陽系外惑星の検出に関する多くの興味深い記事を書いています。これがエクストラ太陽惑星とは何ですか？、トランジット法とは何ですか？、放射速度法とは何ですか？、重力レンズとは何ですか？とケプラーの宇宙：星よりも銀河の惑星の数が多い

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。

天文学のキャストはまた、主題に関連するエピソードを持っています。エピソード208：スピッツァー宇宙望遠鏡、エピソード337：測光、エピソード364：CoRoTミッション、およびエピソード367：スピッツァーは太陽系外惑星です。

出典：