[論文レビュー] Detection of Neptune-size planetary candidates with CoRoT data. Comparison with the planet occurrence rate derived from Kepler

A. S. Bonomo, Pierre-Yves Chabaud+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用数 34

ひとこと要約

本研究では、実際の光曲線における転面をシミュレートすることで、CoRoTが短周期軌道の Neptune サイズの惑星（2–4 R⊕）を検出できる能力を評価し、明るい星（r′ ≤ 14.0）では59％の検出率を確認した。この能力にもかかわらず、CoRoT は Kepler の出現率から予測されるよりもはるかに少ない Neptunes を検出しており、1〜6個の候補と予測された12±2個の差異が生じている。これは、近軌道 Neptunes の不足が、Kepler が示す長周期および小半径の小惑星の頻度が増加する傾向を間接的に支持する可能性を示唆している。

ABSTRACT

[Abridged] Context. The CoRoT space mission has been searching for transiting planets since the end of December 2006. Aims. We aim to investigate the capability of CoRoT to detect small-size transiting planets in short-period orbits, and to compare the number of CoRoT planets with 2 \leq R_p \leq 4 Rearth with the occurrence rate of small-size planets provided by the distribution of Kepler planetary candidates (Howard et al. 2012). Methods. We performed a test that simulates transits of super-Earths and Neptunes in real CoRoT light curves and searches for them blindly by using the LAM transit detection pipeline. Results. The CoRoT detection rate of planets with radius between 2 and 4 Rearth and orbital period P \leq 20 days is 59% (31%) around stars brighter than r'=14.0 (15.5). By properly taking the CoRoT detection rate for Neptune-size planets and the transit probability into account, we found that according to the Kepler planet occurrence rate, CoRoT should have discovered 12 \pm 2 Neptunes orbiting G and K dwarfs with P \leq 17 days in six observational runs. This estimate must be compared with the validated Neptune CoRoT-24b and five CoRoT planetary candidates in the considered range of planetary radii. We thus found a disagreement with expectations from Kepler at 3 σor 5 σ, assuming a blend fraction of 0% (six Neptunes) and 100% (one Neptune) for these candidates. Conclusions. This underabundance of CoRoT Neptunes with respect to Kepler may be due to several reasons. Regardless of the origin of the disagreement, which needs to be investigated in more detail, the noticeable deficiency of CoRoT Neptunes at short orbital periods seems to indirectly support the general trend found in Kepler data, i.e. that the frequency of small-size planets increases with increasing orbital periods and decreasing planet radii.

研究の動機と目的

• 実際の光曲線を用いて、短周期軌道の Neptune サイズの惑星（2–4 R⊕）に対する CoRoT の検出効率を評価すること。
• このサイズ範囲の CoRoT の惑星候補数を、Kepler データから導かれた出現率と比較すること。
• 観測されたと予想される Neptunes の検出数との乖離が、惑星出現率推定値の系統的バイアスやミッション固有の制限要因に起因する可能性を調査すること。
• S/N、機器ノイズ、星の変動性が、検出可能性を制限する要因として果たす役割を評価すること。
• CoRoT のデータにおける近軌道 Neptunes の不足が、Kepler が観測したように、長周期および小半径の小惑星の頻度が増加する傾向を支持するかどうかを検討すること。

提案手法

• 6つの長期観測実行期間の実際の CoRoT 光曲線に、スーパーアースおよびNeptuneサイズの惑星（2–4 R⊕）の転面をシミュレートした。
• マルセイユ天文物理学研究所で開発された転面検出パイプラインを用い、盲検査の形で転面を探索した。
• 惑星の半径、公軌道周期（P ≤ 20日）、星の明るさ（r′ ≤ 14.0 または 15.5）の関数として検出効率を計算した。
• 転面確率と CoRoT の検出率を考慮し、G型およびK型矮星の周囲に予想される Neptunes の数を予測した。
• Kepler の惑星出現率（Howard et al. 2012）を用いて、CoRoT の6回の実行期間中に予想される Neptunes の数（12±2個）を推定した。
• 偽陽性確率（FPP）を、0％から100％までのブレンド係数を考慮して評価し、乖離の不確実性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G型およびK型矮星の周囲で、公軌道周期 ≤20日、Neptune サイズの惑星（2–4 R⊕）に対する CoRoT の検出効率はどの程度か？
• RQ2 Kepler の惑星出現率から予測される数と比較して、CoRoT で検出された Neptunes 候補の数はどの程度か？
• RQ3 S/N が低く、さらには機器的または天体的ノイズ源が存在する場合、CoRoT データにおける転面検出がどの程度制限されるか？
• RQ4 CoRoT の Neptunes の不足は、Kepler の不確実性の低減、CoRoT の予測の過大評価、または星の集団の差異に起因する可能性があるか？
• RQ5 CoRoT データにおける近軌道 Neptunes の不足は、Kepler が観測したように、長周期および小半径の小惑星の頻度が増加する傾向を支持するか？

主な発見

• r′ = 14.0 未満の明るい星では、Neptune サイズの惑星（2–4 R⊕）で公軌道周期 P ≤ 20日に対する CoRoT の検出率は59％、r′ ≤ 15.5 の星では31％である。
• 多くが、CoRoT が CoRoT-7b の約1/4のS/Nで転面を検出可能であるにもかかわらず、低S/Nによる転面信号が検出されなかったため、見逃された。
• 一部の事例では、S/Nが10以上という高い水準であったにもかかわらず、補正されていない光曲線の不連続性や一時的な星の変動性のため、転面が見逃された。
• Kepler の出現率に基づくと、CoRoT の6回の観測実行期間中に、G型およびK型矮星の周囲で公軌道周期 P ≤ 17日以内の Neptunes を12±2個検出するはずであった。
• 実際に CoRoT データからは、偽陽性率（0％〜100％）の仮定に応じて、1〜6個の Neptune サイズの候補が得られた。
• 観測値と予測値の乖離は、3σから5σの不一致を示しており、CoRoT データにおける近軌道 Neptunes の不足が、実際には存在しない可能性を示唆している。これは、Kepler が観測したように、長周期および小半径の小惑星の頻度が増加する傾向を間接的に支持する。