ロシター効果

ロシター効果（またはロシター・マクローリン効果）は、食連星や太陽系外惑星が主星の前を通過する際に発生する、ドップラーシフトの特殊な変化を指します。この現象は、主星の自転運動と、それを周回する天体の運動が組み合わさることで生じます。

ロシター効果の原理

恒星は自転しているため、観測者から見て恒星の表面は、近づいてくる側と遠ざかっていく側の2つの領域に分かれます。近づいてくる領域は青方偏移、遠ざかっていく領域は赤方偏移した光を放ちます。通常、これらのドップラーシフトは恒星のスペクトル線の幅を広げる形で観測されます。

ここで、伴星（惑星など）が主星の手前を通過する場合を考えます。伴星がまず、近づいてくる側の恒星表面の一部を覆い隠すと、青方偏移した光が遮られるため、観測される光の平均的なドップラーシフトは赤方偏移へと変化します。伴星が恒星面の中央に近づくにつれてこの効果は弱まり、完全に中央を通過した後は、今度は遠ざかっていく側の領域が隠されるため、観測される光の平均的なドップラーシフトは青方偏移へと変化します。そして、伴星の通過が完了すると、恒星のドップラーシフトは元の状態に戻ります。

ロシター効果からわかること

ロシター効果を詳細に観測することで、以下の情報が得られます。

主星の赤道面と伴星の公転面のなす角度: この角度を測定することで、天体の軌道がどの程度傾いているのかを知ることができます。
惑星の逆行軌道の発見: 惑星が主星の自転方向とは逆向きに公転している場合、ドップラーシフトの変化は、上記とは逆の青方偏移から赤方偏移のパターンを示します。これにより、WASP-17bやHAT-P-7bなどの逆行公転惑星が発見されています。
ホット・ジュピターの形成機構: ロシター効果の観測から、高温の恒星を周回するホット・ジュピターは、主星の赤道面と惑星の公転面の角度が大きい傾向があることが判明しています。これは、ホット・ジュピターが形成される過程で、何らかの力によって軌道が傾いた可能性を示唆しており、惑星形成のメカニズムを解明する上で重要な手がかりとなっています。

このように、ロシター効果は、天体の軌道や惑星系の形成過程を理解するための強力なツールとなっています。ドップラー効果を応用したこの観測手法は、宇宙における様々な現象の解明に貢献しています。

参考文献

Ohta, Y.; Taruya, A. & Suto, Y. (2005). “The Rossiter–McLaughlin Effect and Analytic Radial Velocity Curves for Transiting Extrasolar Planetary Systems”. The Astrophysical Journal 622 (1): 1118–1135.
* 平野照幸、太陽系外惑星探査：見えてきた多様性とその起源 日本物理学会誌 2017年 72巻 2号 p.105-110

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