[論文レビュー] An Extrasolar Planet Census with a Space-based Microlensing Survey

D. P. Bennett, Jay Anderson+15 more|ArXiv.org|Apr 3, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、太陽系外惑星の包括的センサスを実施するための宇宙ベースの微小レンズ効果調査を提案しており、0.5 AUから無限大までの軌道分離度において、0.1地球質量までの惑星を検出する。実証済みの技術を用いることで、このミッション（提案中の微小レンズ効果惑星探査機（MPF）を例に挙げて）は、惑星質量および軌道分布に関する統計的に信頼性の高いデータを提供し、他の手法が残した重要な空白を埋め、惑星形成および生命可能性に関する包括的理解を可能にする。

ABSTRACT

A space-based gravitational microlensing exoplanet survey will provide a statistical census of exoplanets with masses down to 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 nature 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 that fits comfortably under the NASA Discovery Program cost cap.

研究の動機と目的

• 低質量および遠方の惑星についての質量および軌道分布に関する統計的データの不足に対処すること。
• 地上ベースの微小レンズ効果調査の制限を克服すること。地上調査では、2–3 AU付近のエインシュタイン半径付近の惑星に限定され、主星質量を特定できない。
• 地球質量の惑星を含む広範な質量および軌道分離度の範囲で、偏りのない包括的な太陽系外惑星センサスを実施すること。
• 宇宙ベースの画像撮影を用いて、惑星の主星質量を特定することにより、惑星系構造の理解に不可欠な情報を得ること。
• 惑星系多様性の完全な理解を達成し、これが惑星形成および生命可能性の研究の前提条件となること。

提案手法

• 宇宙から観測された重力的微小レンズ効果イベントを用い、前方に位置する惑星系が背景星をレンズ効果で一時的に明るくする現象を利用して惑星を検出する。
• 宇宙空間からの連続的・長期的なモニタリングを実施し、高頻度かつ最小限の観測ギャップで微小レンズ効果イベントを検出する。
• 宇宙ベースの画像撮影を用いて、レンズ効果を及ぼす星を解像し、多数の検出済み惑星の主星質量を特定する。
• 微小レンズ効果光曲線の既知の物理的原則を活用し、主星の性質に依存せずに惑星質量および軌道分離度を独立して導出する。
• 複数の微小レンズ効果イベントからのデータ統合により、広範な質量および距離範囲にわたる統計的に有意な太陽系外惑星サンプルを構築する。
• NASA Discoveryプログラムの予算枠内での実現可能性と費用対効果を確保するため、既存の宇宙ミッションで実証済みの技術を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広範な質量および軌道分離度の範囲で、特に低質量および遠方の惑星について、太陽系外惑星の真の頻度および分布は何か？
• RQ2 異なる種類の星の周りに形成された惑星系は、質量および軌道的構造の面でどのように比較できるか？
• RQ3 宇宙ベースの微小レンズ効果調査は、0.1地球質量までの惑星を含む統計的に完全な太陽系外惑星センサスを達成できるか？
• RQ4 太陽系の惑星（水星を除く）の類縁体を占める太陽系外惑星の割合はどの程度か？
• RQ5 微小レンズ効果で検出された惑星の主星質量を信頼性高く特定する方法は何か？これにより、惑星系の完全な特徴付けが可能になる。

主な発見

• 宇宙ベースの微小レンズ効果調査は、0.1地球質量までの惑星、つまり地上惑星質量まで検出可能である。
• この調査は、0.5 AUから無限大までの軌道分離度の太陽系外惑星について、統計的に完全なセンサスを提供する。これは、主星に非常に近い惑星を除くすべての惑星をカバーする。
• この手法により、地上ベースの微小レンズ効果調査では不可能な、宇宙ベースの画像撮影による惑星の主星質量の特定が可能になる。
• 調査は、水星を除く太陽系の全惑星の類縁体を検出でき、惑星系多様性の包括的視覚を提供する。
• 提案中の微小レンズ効果惑星探査機（MPF）ミッションは、実証済みの技術を用いており、NASA Discoveryプログラムの予算上限内に収まり、完全な太陽系外惑星センサスへの実現可能性のある道筋を提供する。
• 地上ベースの微小レンズ効果調査やKeplerなど、他のいかなる手法よりも、宇宙ベースの微小レンズ効果調査は、太陽系外惑星の全質量および軌道分布をマップする上で、統計的パワーに優れている。