[論文レビュー] A Census of Exoplanets in Orbits Beyond 0.5 AU via Space-based Microlensing

D. P. Bennett, Jay Anderson+17 more|ArXiv.org|Feb 17, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、質量が0.1地球質量以上で公軌道半径が0.5 AU以上の系外惑星、および水星を除く太陽系全惑星の類縁体を含む、統計的アンケートを実施する宇宙ベースの重力レンズ効果を用いた調査を提案している。実証済みの技術を用いることで、このようなミッション（例：提案中のマイクロレンズ惑星探査機（MPF））は、惑星質量および軌道構造の包括的統計を提供し、ケプラーと地上ベースの調査が残した重要な空白を埋める。

ABSTRACT

A space-based gravitational microlensing exoplanet survey will provide a statistical census of exoplanets with masses greater than 0.1 Earth-masses and orbital separations ranging from 0.5AU to infinity. This includes analogs to all the Solar System's planets except for Mercury, as well as most types of planets predicted by planet formation theories. Such a survey will provide results on the frequency of planets around all types of stars except those with short lifetimes. Close-in planets with separations < 0.5 AU are invisible to a space-based microlensing survey, but these can be found by Kepler. Other methods, including ground-based microlensing, cannot approach the comprehensive statistics on the mass and semi-major axis distribution of extrasolar planets that a space-based microlensing survey will provide. The terrestrial planet sensitivity of a ground-based microlensing survey is limited to the vicinity of the Einstein radius at 2-3 AU, and space-based imaging is needed to identify and determine the mass of the planetary host stars for the vast majority of planets discovered by microlensing. Thus, a space-based microlensing survey is likely to be the only way to gain a comprehensive understanding of the architecture of planetary systems, which is needed to understand planet formation and habitability. The proposed Microlensing Planet Finder (MPF) mission is an example of a space-based microlensing survey that can accomplish these objectives with proven technology and a cost of under $300 million (excluding launch vehicle).

研究の動機と目的

• 公軌道半径が0.5 AUを超える系外惑星、特に太陽系の外惑星に類縁する惑星の統計的アンケートが不足しているという問題に対処すること。
• 地上ベースのマイクロレンズ調査が、視 parallax と画像取得の欠如により、大多数の検出惑星の主星質量を特定できないという制限を克服すること。
• すべての星のタイプ（短命星を除く）を対象とし、質量と半長径分布に焦点を当てた、完全で偏りのない惑星系の調査を実施すること。
• 惑星形成理論の検証と生命可能性の評価に不可欠な、惑星系構造の包括的理解を可能にすること。
• 3億ドル未満の予算で実現可能な、技術的に実証済みのミッションであるマイクロレンズ惑星探査機（MPF）を提唱すること。

提案手法

• 背景の星の光が前方を通過する惑星系によって屈折する現象を利用して、宇宙ベースの重力レンズ効果を用いて系外惑星を検出すること。
• 宇宙望遠鏡が生じる視 parallax 効果を活用し、主星および惑星の質量を測定することで、地上ベースの調査の主な制限を克服すること。
• 0.5 AUから無限大までの広範な公軌道半径にわたる惑星信号を検出・特徴付けるために、宇宙空間からの連続的モニタリングを実施すること。
• 検出されたイベントに対して統計的解析を適用し、系外惑星の質量と公軌道距離の頻度分布を導出すること。
• 空間ベースの観測により、エインシュタイン半径近辺およびそれ以上の距離に位置する惑星の正確な質量決定が可能になる基準スケールとしてのエインシュタイン半径を活用すること。
• 複数のマイクロレンズイベントのデータを統合し、特に長周期惑星および木星型～海王星型惑星の代表的アンケートを構築すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量が0.1地球質量以上で公軌道半径が0.5 AU以上の系外惑星の頻度分布は、異なる星のタイプでどのように異なるか？
• RQ2 惑星系の質量および軌道構造は、太陽系（特に外惑星）と比べてどのように異なるか？
• RQ3 宇宙ベースのマイクロレンズは、地上ベースの手法が得られない主星質量の特定を含め、惑星系の完全なアンケートを提供できるか？
• RQ4 公軌道半径が0.5 AUから無限大までの範囲にある惑星を含む惑星系の割合はどの程度で、これは主星質量に依存するか？
• RQ5 宇宙ベースのマイクロレンズ調査は、現在の系外惑星検出法の制限をどれほど克服し、惑星系構造のマッピングを可能にするか？

主な発見

• 宇宙ベースのマイクロレンズ調査は、質量が0.1地球質量以上で公軌道半径が0.5 AUから無限大までの系外惑星の統計的アンケートを達成可能である。
• このような調査は、水星を除く太陽系の全惑星に類縁する惑星を検出でき、惑星系構造の直接比較を可能にする。
• この手法は、大多数の地上ベースのマイクロレンズ検出では不可能な、主星および惑星の両方の質量を特定する独自の能力を有する。
• 提案中のマイクロレンズ惑星探査機（MPF）ミッションは、実証済みの技術を用い、3億ドル未満の予算で実現可能であり、包括的な系外惑星アンケートへのコスト効率の良い道筋を提供する。
• 宇宙ベースのマイクロレンズは、0.5 AUを超える範囲における系外惑星の質量および半長径分布の完全で偏りのない統計的視点を提供できる唯一の手法である。
• この調査は、ケプラー（近軌道惑星に焦点を当てている）と地上ベースのマイクロレンズ（大多数のシステムで質量決定ができない）が残した重要な観測的空白を埋める。