[論文レビュー] 20 years of photometric microlensing events predicted by Gaia DR2: Potential planet-hosting lenses within 100 pc

Alexander J. Mustill, M. B. Davies+1 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、Gaia DR2の天体測位データを用いて、100 pc圏内の近くにいるレンズ星による今後の光度的微小強調レンズ効果の30件を予測し、1つのエインシュタイン半径内に一致する確率が10%を超える7件の高確率イベントを特定した。最も注目すべきイベントは、2030年代初頭に WISE J175839.20–583931.6 が背景星をレンズ効果で歪め、ピーク時のネット光度増幅が23%に達するもので、近隣の恒星の生命的領域に存在する寒冷惑星の検出が可能になる。

ABSTRACT

Context. Gaia DR2 offers unparalleled precision on stars' parallaxes and proper motions. This allows the prediction of microlensing events for which the lens stars (and any planets they possess) are nearby and may be well studied and characterised. Aims. We identify a number of potential microlensing events that will occur before the year 2035.5, 20 years from the Gaia DR2 reference epoch. Methods. We query Gaia DR2 for potential lenses within 100 pc, extract parallaxes and proper motions of the lenses and background sources, and identify potential lensing events. We estimate the lens masses from Priam effective temperatures, and use these to calculate peak magnifications and the size of the Einstein radii relative to the lens stars' habitable zones. Results. We identify 7 future events with a probability > 10% of an alignment within one Einstein radius. Of particular interest is DR2 5918299904067162240 (WISE J175839.20-583931.6), magnitude G = 14.9, which will lens a G = 13.9 background star in early 2030, with a median 23% net magnification. Other pairs are typically fainter, hampering characterisation of the lens (if the lens is faint) or the ability to accurately measure the magnification (if the source is much fainter than the lens). Of timely interest is DR2 4116504399886241792 (2MASS J17392440-2327071), which will lens a background star in July 2020, albeit with weak net magnification (0.03%). Median magnifications for the other 5 high-probability events range from 0.3% to 5.3%. The Einstein radii for these lenses are 1-10 times the radius of the habitable zone, allowing these lensing events to pick out cold planets around the ice line, and filling a gap between transit and current microlensing detections of planets around very low-mass stars. Conclusions. We provide a catalogue of the predicted events to aid future characterisation efforts... [abridged]

研究の動機と目的

• Gaia DR2の天体測位データを用いて、100 pc圏内の近くにいるレンズ星による今後の微小強調レンズ効果を事前に観測・特徴付け可能であるかを特定すること。
• 現在の微小強調レンズ効果調査の限界を克服すること。具体的には、レンズ星の情報が不足しており、一致確率が低く、遠くで暗い源が対象となっていること。
• 高い天体測位精度を活用して、事前にレンズ星とその惑星系の特徴付けを可能にする、光度的微小強調レンズ効果の予測を行うこと。
• 低質量星の生命圏内に存在する寒冷惑星を検出可能なイベントを特定し、トランジット法と現在の微小強調レンズ効果調査の間の空白を埋めること。
• Gaia DR3リリースまでの間に、今後の観測キャンペーンを支援し、レンズ質量と増幅率の推定値を向上させるための予測イベントのカタログを提供すること。

提案手法

• Gaia DR2から、100 pc圏内にいる潜在的なレンズ-源ペアを探索し、距離パラメータと自己運動を用いて将来の一致を予測した。
• レンズ質量をPriamの効果的温度から導出し、微小強調レンズ効果の式 $\theta_{\mathrm{E}} = \left(\frac{4GM}{D_{\mathrm{rel}}c^2}\right)^{1/2}$ を用いてエインシュタイン半径を計算した。
• 最も近接する際の光曲線の挙動をモデル化することで、ピーク増幅とネット光度信号を推定した。
• レンズが背景源の1つのエインシュタイン半径内を通過する確率を計算することで、一致確率を評価した。
• 利用可能な場合には5パラメータの天体測位解を用い、低品質な解（例：2パラメータのフィット）を特定することで信頼性を評価した。
• 検出可能性と特徴付け可能性を最大化するために、高いネット増幅と有利な源-レンズの明るさ比を持つイベントを優先した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gaia DR2の天体測位データを用いて、2035.5年までに100 pc圏内の近くにいるレンズ星が光度的微小強調レンズ効果を引き起こす可能性があるのはどの星か？
• RQ2 これらのレンズ効果が1つのエインシュタイン半径内に一致する確率はどの程度か？ これにより検出可能な増幅が得られる。
• RQ3 これらのイベントの中で、最大のネット増幅を示し、生命圏内の寒冷惑星の検出に最も適しているのはどれか？
• RQ4 Gaia DR2の自己運動と源の天体測位における不確実性が、これらの予測の信頼性にどのように影響するか？
• RQ5 近い将来のGaia DR3リリースによって、イベント予測の正確性にどのような向上が見込まれるか？

主な発見

• 本研究では、2035.5年までに0.1角秒以内に一致する可能性がある30組のレンズ-源ペアを同定した。そのうち7組は1つのエインシュタイン半径内に通過する確率が10%を超える。
• 最大のネット増幅が予測されるのは、DR2 5918299904067162240（WISE J175839.20–583931.6）で、2030年代初頭にピーク増幅23%が達成される。
• 最初の高確率イベントは2020年7月に発生し、DR2 4116504399886241792（2MASS J17392440–2327071）に対して発生するが、ネット増幅はわずか0.03%であり、検出は困難である。
• 残りの5件の高確率イベントの中央値増幅は0.3%から5.3%の間であり、中程度ではあるが測定可能な光度信号である。
• レンズのエインシュタイン半径は0.1～0.4 auの範囲にあり、トランジット法による検出（<0.1 au）と現在の微小強調レンズ効果調査（約1 au）の間で、これまでにあまり調査されていなかった領域に惑星が検出される。
• Gaia DR3では、現在約6分の1が欠落している高自己運動星の解消、天体測位の精緻化、および冷却星の光度測定の向上により、レンズ質量推定値と一致確率の精度が向上すると期待される。