MAROON-X

MAROON-X（M-dwarf Advanced Radial velocity Observer Of Neighboring eXoplanets）

MAROON-Xは、マウナケア山頂のジェミニ北望遠鏡に搭載されている、可視光領域を観測対象とする高精度分光器です。この装置の主な目的は、ドップラー分光法、すなわち視線速度法を用いて太陽系外惑星を観測することにあります。

概要

MAROON-Xは、恒星のスペクトルに現れるドップラー効果を精密に測定することで、その恒星を周回する惑星の存在を間接的に検出します。具体的には、惑星の重力によって恒星がわずかに揺れる現象を捉え、その視線速度の変化を測定することで、惑星の質量や軌道に関する情報を得ます。この方法は、特に惑星が恒星の正面を通過する際に起こる現象（トランジット）を観測する他の手法と組み合わせることで、惑星のより詳細な特性を明らかにすることが可能です。

MAROON-Xは、新たな系外惑星の発見だけでなく、TESS（Transiting Exoplanet Survey Satellite）などの他の探査プロジェクトによって発見された惑星候補のフォローアップ観測にも重要な役割を果たします。2018年時点では、VLT望遠鏡のESPRESSO、ホビー・エバリー望遠鏡のHPF、すばる望遠鏡のIRD（赤外線ドップラー装置）などと共に、新世代のドップラー分光器として位置づけられていました。

特に、MAROON-Xは赤色矮星を親星とする惑星系、つまり、太陽よりも質量が小さく、温度の低い恒星を周回する惑星の観測に非常に適しています。この理由は、赤色矮星は太陽に比べて質量が小さいため、惑星の重力による恒星の揺れがより大きく観測されるからです。

MAROON-Xの視線速度の長期的な安定性は非常に高く、目標値は0.5m/sです。実際の観測では、K型主系列星や赤色矮星に対して0.5m/sを超える精度を達成しており、特に見かけのV等級が16よりも明るい中・晩期の赤色矮星を観測する際には、秒速1メートルを超える優れた精度を発揮することができます。これにより、太陽系近傍の赤色矮星のハビタブルゾーンに位置する地球サイズの惑星を観測することも十分に可能です。

運用開始から2年間の実際の観測では、MAROON-Xは一貫して1m/sよりも優れた精度を達成し、短期的な装置由来のノイズフロアは0.3cm/sという非常に低いレベルに抑えられています。

沿革

MAROON-Xの開発はシカゴ大学によって主導されました。当初はラスカンパナス天文台のマゼラン望遠鏡に設置する計画でしたが、開発の途中でジェミニ北望遠鏡に変更されました。2021年現在、MAROON-Xはビジター装置として運用されていますが、開発チームは将来的には常設化を目指しています。

MAROON-Xは、特定の研究機関だけでなく、全米の科学コミュニティからの観測提案を受け付けています。このため、幅広い研究者が利用することが可能です。

2019年中頃に、MAROON-Xはシカゴ大学からハワイに出荷され、現地で組み立てられた後、6ヶ月間の試運転が行われました。そして、2021年3月には、MAROON-Xによる最初の科学的成果として、系外惑星グリーゼ486bの発見が科学雑誌『サイエンス』に掲載されました。この発見は、TESSが検出した惑星候補の質量を、MAROON-XとCARMENESという別の分光器からの視線速度データを用いて測定した結果です。2021年5月からは、MAROON-Xは定常的な観測運用を開始しています。

MAROON-Xは、太陽系外惑星の観測以外にも広く使用されており、最初の2年間の運用でジェミニ北望遠鏡において2番目に多く観測要求が出された装置となりました。

構造

MAROON-Xは、光ファイバーで光を導く方式の高分解能エシェル分光器です。観測波長範囲は500～920nmで、特に赤色矮星の観測に重要な波長である700～920nmのスペクトルをカバーするように設計されています。装置内では、ダイクロイックミラーによって光が2つの経路に分けられ、それぞれがクロス分散された後、別々のCCDイメージセンサーに投影されて記録されます。

短波長側の経路（ブルーアーム）は500～678nmに対応し、500～663nmの波長範囲で良好なスペクトルが得られます。一方、長波長側（レッドアーム）は654～920nmに対応しています。波長分解能は波長によって異なりますが、全域でR=80,000を超える非常に高い分解能を実現しています。

観測の安定性を確保するため、装置全体は恒温室に収められ、温度が0.02℃の範囲内で厳密に管理されています。さらに、光学系の主要部分は真空下に置かれ、0.001℃単位で温度管理が行われています。波長の較正にはファブリ・ペロー干渉計が用いられます。

観測時には、MAROON-Xはジェミニ北望遠鏡のカセグレン焦点に、専用のファイバー・インジェクション・ユニット（FIU）と光ファイバーを介して接続されます。また、無人での自動運転を可能にするように設計されています。

MAROON-Xは、その高い精度と安定性により、太陽系外惑星の研究に重要な貢献を果たしています。

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