「ケプラー」最期のデータから惑星を発見 ノイズの多いデータを分析

NASA（アメリカ航空宇宙局）の宇宙望遠鏡「ケプラー」は、太陽以外の天体の周りを公転する「太陽系外惑星」の研究において非常に重要な存在です。2009年に打ち上げられてから2018年に運用を終了するまでの9年間に約50万個の恒星を観測し、数千個の系外惑星の候補を見つけました。大量の観測データは現在でも分析中です。

【▲ 図1: 宇宙望遠鏡ケプラーと、K2ミッションの観測範囲を示すコンセプトアート（Credit: NASA Ames/JPL-Caltech/T Pyle）】

ウィスコンシン大学マディソン校のElyse Incha氏などの研究チームは、ケプラーの延長ミッションである「K2ミッション」のデータから、新たに太陽系外惑星2個の確定的な発見と、1個の有力候補を発見したと報告しました。この報告で注目すべき点は、元となったデータがK2ミッションの最後の期間で収集されたものであり、質の悪いデータから科学的成果を得られた点です。

惑星が恒星の手前を横切ると、惑星に隠される分だけ恒星の明るさが暗くなります。惑星は周期的に恒星の手前を横切るため、明るさの変化の周期性から他の天文現象と区別をつけることもできます。ケプラーはこのわずかな変化を捉えることで惑星を見つけることを目的として設計されました。

惑星の存在を示すシグナルである恒星の明るさの変化を捉えるには、宇宙の同じ領域を数十日間観測し続ける必要があるため、ケプラーには高度な姿勢制御が求められました。当初、この姿勢制御は4個のリアクションホイールを使って行われていましたが、2013年にこのうちの2個が故障してしまい、リアクションホイールによる姿勢制御ができなくなったため、代わりにスラスターを使ってケプラーの姿勢制御を行う方法に切り替えられました。スラスターによる姿勢制御を行うようになってからのミッションはK2ミッションと呼ばれています。

リアクションホイールよりも精度で劣るスラスターが使われたため、K2ミッションの観測データはそれまでと比べてデータの質は劣ります。また、スラスターの推進剤をいつ使い切るかも分からない、不確定な期限付きのミッションとなりました。

Incha氏らが分析に使用したのは、K2ミッションの最後の観測キャンペーンとなった19回目の観測データです。本来の観測期間は約80日間ですが、今回分析されたのは7.25日間の高精度なデータと、それに続く約11日間の不完全なデータです。不完全なデータの期間は、推進剤が不足してスラスターの噴射が不完全に終わり、姿勢が不安定だった期間に相当します。

Incha氏は、約3万3000個の観測ターゲットの中から3つの恒星「EPIC 246191231」「EPIC 245978988」「EPIC 246251988」を選び出し、データ分析を行いました。このうち最初の2個は、以前の観測データからも系外惑星の存在が示唆されており、恒星の基本的なデータも多く収集されています。

【▲ 図2: 今回のデータ分析研究で、新たに3つの惑星が発見された。うち2つは存在がほぼ確実である（Credit: NASA’s Jet Propulsion Laboratory）】

分析の結果、EPIC 246191231とEPIC 245978988のデータからは系外惑星の存在を示す可能性が非常に高い変光データが得られました。これらはそれぞれ「K2-416 b」と「K2-417 b」と名付けられています。

一方で、EPIC 246251988の変光データは系外惑星の候補として有力なものの、今回の分析では発見を確定させられるほどの確かさはありませんでした。この惑星候補は「EPIC 246251988 b」と名付けられています。

3つの惑星は直径が地球の2.7倍から3.8倍と推定されており、その大きさと恒星との近さから「ホットミニネプチューン」 (※) であると推定されています。

※…表面温度が高く、地球 (岩石惑星) より大きいが海王星 (巨大氷惑星) より小さい惑星のこと。

【▲ 図3: 今回分析された観測データの一例。下段はノイズの多い約11日間の観測データであるが、惑星が恒星の手前を横切った時の明るさの減少を捉えていることがわかる（Credit: Elyse Incha, et.al.）】

今回の研究で重要なのは、非常にノイズの多いデータでも分析を行えたことです。系外惑星の存在を定める上で重要なポイントの一つは、周期的に恒星が暗くなる現象を観察することです。これにより、減光が周期的に公転する天体によって引き起こされている、つまりその天体は惑星である可能性が高くなります。今回の場合、データの精度が高い7.25日の期間中には1回の減光しか観測されず、もう1回の減光はノイズの多いデータ期間中に発生しました。そのような悪条件でも系外惑星の存在を証明できるという点は、他のケプラーのデータ分析のはずみとなるでしょう。

また、今回惑星であると確定させることのできなかったEPIC 246251988 bについても、NASAの宇宙望遠鏡「TESS」のデータによって発見を確定させることができるかもしれません。ミッション終了から6年経ちますが、ケプラーのデータはこれからも目が離せない存在であると言えるかもしれません。

 

Source

Elyse Incha, et.al. “Kepler’s last planet discoveries: two new planets and one single-transit candidate from K2 campaign 19”. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) Jennifer Chu. “A telescope’s last view. Astronomers discover the last three planets the Kepler telescope observed before going dark.” (Massachusetts Institute of Technology)

文／彩恵りり