[論文レビュー] Completing the Census of Exoplanets with the Microlensing Planet Finder (MPF)

D. P. Bennett, Jay Anderson+18 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、質量が0.1地球質量以上の系外惑星および0.5 AUから無限大までの公軌道距離を持つ惑星の統計的アンケートを完成させるために、重力レンズ効果を利用した宇宙望遠鏡「マイクロレンズ惑星探索機（MPF）」を提案している。Keplerと補完的に機能し、0.5 AU以降の領域に存在する惑星を検出することで、水星を除く太陽系惑星の類縁体を含み、地上望遠鏡や他の手法では得られない質量および軌道分布の包括的データを提供する。この技術は実証済みであり、3億3300万ドルの費用で実現可能である。

ABSTRACT

The MPF mission 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. MPF can accomplish these objectives with proven technology and a cost of $333 million (excluding launch vehicle).

研究の動機と目的

• 質量が0.1地球質量以上で、公軌道距離が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完成させること。
• 水星を除く太陽系の全惑星の類縁体、ならびに惑星形成理論で予測される惑星系を検出すること。
• 地上の重力レンズ効果観測が2～3 AU付近のアインシュタイン半径付近の惑星に限定されるという制限を克服すること。
• 惑星形成および生命可能性の理解に不可欠な、系外惑星の質量および半長径分布に関する包括的データを提供すること。
• 地上からの観測ではほとんど不可能な、空間ベースの画像測定による恒星質量の高精度決定を可能にすること。

提案手法

• 背景の星が前方を通過する際の一時的な明るさの増加を観測することで、重力レンズ効果を利用して系外惑星を検出する。
• 宇宙空間から連続的かつ広域にわたる調査を実施し、数百万の星を同時に監視することで、大公軌道距離の低質量惑星に対する感度を向上させる。
• 重力レンズ効果の増幅は惑星の明るさに依存しないため、トランジット法やドップラー法では検出できない寒冷で遠方の惑星も検出可能である。
• 宇宙望遠鏡を用いて恒星の光度を解像し、パララックス測定と高分解能画像による惑星質量を決定する。
• 多数の重力レンズイベントのデータを統合することで、さまざまな恒星タイプの周囲における惑星系構造の統計的で信頼性の高いアンケートを構築する。
• 飛行実証済みの技術を活用することで、ミッションの実現可能性を高め、リスクを低減し、総予算3億3300万ドル（打ち上げ費除く）で実現可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.5 AUから無限大までの公軌道距離において、質量が0.1地球質量以上の系外惑星の頻度分布はどのようになるか？
• RQ2 短寿命の星を除く、さまざまな種類の恒星の周囲で、惑星系構造はどのように変化するか？
• RQ3 宇宙ベースの重力レンズ効果観測は、水星を除く太陽系の全惑星の類縁体を含む、惑星系の包括的アンケートを提供できるか？
• RQ4 宇宙ベースの重力レンズ効果調査は、大公軌道距離の岩石惑星の検出感度はどの程度で、地上観測と比べてどう異なるか？
• RQ5 地上観測に比べて、宇宙ベースの重力レンズ効果観測は、惑星の恒星質量を決定する際の制限をどの程度克服できるか？

主な発見

• MPFミッションは、0.5 AUから無限大までの公軌道距離にあり、質量が0.1地球質量以上の系外惑星を検出可能であり、水星を除く太陽系惑星のすべての類縁体も含む。
• 宇宙ベースの重力レンズ効果は、特に0.5 AU以降の領域における惑星質量および軌道分布の包括的アンケートを実現する唯一の方法である。
• 地上の重力レンズ効果観測は、2～3 AU付近のアインシュタイン半径付近の惑星に限定された感度であり、関心のある惑星の大部分を逃す。
• 重力レンズ効果による惑星の恒星質量の決定には、宇宙空間での画像測定が必要であり、地上からの観測では大多数の検出で不可能である。
• このミッションは、実証済みの技術を用いて3億3300万ドルの費用で実現可能であり、系外惑星アンケートの完成に向けた実現可能で費用対効果に優れた解決策である。
• MPFは、0.5 AU未満の近接惑星（ミクロレンズ効果で検出不能な領域）をカバーするため、Keplerと補完的に機能し、全天および質量カバー範囲を完全に確保する。