第一原理的な惑星スペクトルモデリング

分子・原子データベースから観測によって得られるスペクトルに至るまで、オパシティ計算、放射伝達、ならびに物理過程・装置効果を一貫して扱うスペクトルモデリングの開発を行っています。本モデルは自動微分パッケージ JAX を用いて実装されており、近年の確率プログラミング言語や最適化パッケージと組み合わせて利用することができます。その結果、HMC-NUTS によるフルベイジアンなフィッティングを、実際の観測データに対して適用することが可能です。ExoJAX を用いて、JWST やすばる望遠鏡による高分散分光データの解析を進めています。

この手法により、スペクトルから惑星・褐色矮星の質量や大気中の元素存在比といった基礎的物理量を、その不確定性とともにロバストに推定することを目指しています。こうして得られた信頼性の高い推定結果を基盤として、惑星形成論やハビタビリティなどの科学的課題へと展開していきます。

https://github.com/HajimeKawahara/exojax

References

Autodifferentiable Spectrum Model for High-Dispersion Characterization of Exoplanets and Brown Dwarfs

Hajime Kawahara, Yui Kawashima, Kento Masuda, Ian J. M. Crossfield, Erwan Pannier, Dirk van den Bekerom arXiv:2105.14782, ApJS 258 31 (2022)

Differentiable Modeling of Planet and Substellar Atmosphere: High-Resolution Emission, Transmission, and Reflection Spectroscopy with ExoJAX2

Hajime Kawahara, Yui Kawashima, Shotaro Tada, Hiroyuki Tako Ishikawa, Ko Hosokawa, Yui Kasagi, Takayuki Kotani, Kento Masuda, Stevanus Nugroho, Motohide Tamura, Hibiki Yama, Daniel Kitzmann, Nicolas Minesi, Brett M. Morris, arXiv:2410.06900, under review

Probing 2D Asymmetries of an Exoplanet Atmosphere from Chromatic Transit Variation

Shotaro Tada, Hajime Kawahara, Yui Kawashima, Takayuki Kotani, Kento Masuda, AJ 169, 255 (2025), arXiv:2503.08988

Atmospheric retrieval of Subaru/IRD high-resolution spectrum of the archetype T-type brown dwarf Gl 229 B

Yui Kawashima, Hajime Kawahara, Yui Kasagi, Hiroyuki Tako Ishikawa, Kento Masuda, Takayuki Kotani, Tamoyuki Kudo, Teruyuki Hirano, Masayuki Kuzuhara, Stevanus K Nugroho, John Livingston, Hiroki Harakawa, Jun Nishikawa, Masashi Omiya, Takuya Takarada, Motohide Tamura, Akitoshi Ueda, arXiv:2410.11561, under review

Unveiling the Atmosphere of HR 7672 B from the Near-Infrared High-Resolution Spectrum Using REACH/Subaru

Yui Kasagi, Yui Kawashima, Hajime Kawahara, Takayuki Kotani, Kento Masuda, Kyohoon Ahn, Olivier Guyon, Teruyuki Hirano, Nemanja Jovanovic, Masayuki Kuzuhara, Julien Lozi, Motohide Tamura, Taichi Uyama, Sebastien Vievard, Kenta Yoneta, AJ 170, 211 (2025), arXiv:2508.01281

ExoJAX Retrievals of VLT/CRIRES Spectra of Luhman 16AB: C/O Ratios and Systematic Uncertainties

Hibiki Yama, Kento Masuda, Yui Kawashima, Hajime Kawahara, Accepted by ApJ, arXiv:2511.23018