太陽系外惑星科学の展開（田村　元秀）

研究領域名

太陽系外惑星科学の展開

研究期間

平成16年度～平成20年度

領域代表者

田村　元秀（国立天文台・光学赤外線天文学観測システム研究系・准教授）

領域代表者からの報告

（1）研究領域の目的及び意義

　1995年における太陽系外の恒星を周回する巨大惑星の発見を契機として、惑星系研究の場は、もはや太陽系に閉じる必要はなくなった。その多様性を理解するためには、むしろ太陽系以外の惑星系とその形成を理解することが重要である。また、研究領域開始時までに発見された惑星はすべて間接的に観測されたもので、惑星を写し出した例はまだ無かった。
　本研究は、惑星系形成のはじまりの状態である「円盤」（原始惑星系円盤とも呼ぶ）から、おわりの状態である「惑星」に至るまでの研究を系統的に集中して進め、惑星系形成の統合的描像を構築し、太陽系外惑星の直接検出を目指す。これによって『太陽系外惑星科学』と呼ぶべき新しい研究分野を展開する。
　研究手法としては、すばる望遠鏡や赤外線天文衛星「あかり」といった地上・軌道上の新進気鋭の装置を用いた観測、大規模な数値シミュレーションに基づく理論、円盤中に存在し惑星を作る元となる宇宙のちり（ダスト）に関する室内実験、及び太陽系外惑星科学を展開する上で必要となる装置開発などを並行して行い、お互いが強力に連携しながら研究を進める。本研究により、太陽系外の多様な惑星系に対応する多様な原始惑星系円盤の姿が解明され、誕生したばかりの惑星を直接検出することが期待される。また、円盤と惑星を理論で結び、包括的な惑星系形成論の構築を目指す。このように惑星系の形態をマクロから理解する一方、円盤中のダストの組成を詳細に調べ、それらが集まって惑星となる過程の解明にもミクロから迫る。

（2）研究成果の概要

（観測的研究・装置開発成果）
　すばる望遠鏡と観測装置CIAOにより、渦巻状やバナナ型の形態を持った原始惑星系円盤や褐色矮星に迫る軽い星の星周円盤を撮像・発見し、円盤形態の多様性を直接観測により解明した。また、惑星質量に迫る伴星天体と系外惑星候補天体の直接撮像にも成功した。惑星形成の名残である残骸惑星のダストの成長と微惑星帯の存在を示した。惑星・円盤検出をさらに展開させるために、現行装置性能を１桁以上向上させる次期高コントラスト装置HiCIAOを開発した。マウナケア山頂で大型望遠鏡群を光ファイバーで結合する干渉計OHANAの初観測に成功した。すばる望遠鏡用COMICS中間赤外装置と、赤外線天文衛星「あかり」を軸にした観測から、原始惑星系円盤中のダストの組成の多様性を示し、新しい残骸円盤を発見した。
（理論的研究成果）
　原始惑星系円盤のモデル計算、すなわち、円盤内でのダスト凝縮、ダストからの微惑星形成、微惑星からの地球型惑星・木星型惑星コアの形成過程を、世界最高速の重力多体問題専用計算機も利用しながら推進し、観測結果を説明できる汎太陽系形成論とも呼べる、多様な系外惑星形成理論を理論的に構築した。
（実験・開発的研究成果）
　ダストの生成実験とその物性解析、ダスト構造とスペクトルおよび熱変成に関する一連の研究を推進した。また、中間赤外線において波長に切れ目の無い観測を実現するためのSi:As検出器の開発に成功した。
　これらの観測と理論・実験・開発を統合して、太陽系外惑星科学と呼ぶべき新しい研究分野の礎を築いた。

審査部会における所見

A＋　（研究領域の設定目的に照らして、期待以上の成果があった）

　研究領域の設定目的は適切であり、世界に先駆けた新しい観測手法の確立が系外惑星の直接観測の成功に導いた。さらに、多様な原始惑星系円盤の発見という研究領域の設定前には想定されていなかった成果をあげた点は高く評価できる。本研究領域は、各研究課題の連携もよく進められて、天文学と惑星科学の融合によって太陽系外惑星科学という新しい学問分野を切り拓いた。この分野の研究を目指す若手研究者を育成しているので、今後の発展に期待が持てる。研究成果の公表、広報についても計画的・効果的に進められた。新しい発見によって何が明らかになったのか、惑星形成過程の解明に向けて学術的意義をきちんと分かり易く示すことで、今後の地球型惑星の探索・観測につながるものと考えられる。