[論文レビュー] EUCLID : Dark Universe Probe and Microlensing planet Hunter

Jean‐Philippe Beaulieu, D. P. Bennett+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2010

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 27

ひとこと要約

EUCLIDは、1.2mの望遠鏡を搭載した宇宙望遠鏡を用い、可視光および赤外線撮影による宇宙ベースの重力レンズ効果を用いた調査を提案する。この調査により、暗黒エネルギーの解明と、太陽系外惑星の包括的かつ統計的に完全な調査が可能となる。重力レンズ効果を活用することで、0.5 AU以上の公軌道距離に位置する地球質量惑星および火星質量までの自由浮遊惑星を検出可能となり、銀河全域にわたる惑星系の統計的に完全な調査が達成される。

ABSTRACT

There is a remarkable synergy between requirements for Dark Energy probes by cosmic shear measurements and planet hunting by microlensing. Employing weak and strong gravitational lensing to trace and detect the distribution of matter on cosmic and Galactic scales, but as well as to the very small scales of exoplanets is a unique meeting point from cosmology to exoplanets. It will use gravity as the tool to explore the full range of masses not accessible by any other means. EUCLID is a 1.2m telescope with optical and IR wide field imagers and slitless spectroscopy, proposed to ESA Cosmic Vision to probe for Dark Energy, Baryonic acoustic oscillation, galaxy evolution, and an exoplanet hunt via microlensing. A 3 months microlensing program will already efficiently probe for planets down to the mass of Mars at the snow line, for free floating terrestrial or gaseous planets and habitable super Earth. A 12+ months survey would give a census on habitable Earth planets around solar like stars. This is the perfect complement to the statistics that will be provided by the KEPLER satellite, and these missions combined will provide a full census of extrasolar planets from hot, warm, habitable, frozen to free floating.

研究の動機と目的

• 銀河全域にわたる太陽系外惑星の統計的に完全な調査を実施し、地球質量惑星および自由浮遊惑星を含む。
• 宇宙のせん断および弱い重力レンズ効果を用いて、暗黒エネルギーを解明し、バリオン音響振動を測定する。
• さまざまな公軌道および母星環境における惑星形成と移動を調査する。
• ケプラーと地上ベースのドップラー速度測定調査を補完し、未開拓の惑星パラメータ空間領域をカバーする。
• 太陽型星のハビタブルゾーンにおけるスーパーアースおよび地球質量惑星の頻度と性質を特定する。

提案手法

• 広視野の可視光および赤外線イメージャー、およびスリットレス分光法を備えた1.2mの宇宙望遠鏡を用い、数百万顆の恒星の重力レンズ効果イベントを監視する。
• 重力レンズ光曲線における摂動によって惑星信号を検出する。摂動の持続時間は惑星質量の平方根に比例する。
• 宇宙空間における高い角分解能と安定したポイント spread 関数を活用し、レンズ効果の源を解像し、惑星および恒星のパラメータを高精度に測定する。
• 3か月間の重力レンズ効果調査を実施し、雪線領域に位置する火星質量までの惑星および自由浮遊地球型惑星を検出する。
• 12か月以上にわたる観測を延長することで、太陽型星の周囲に公軌道を回るハビタブルゾーンの地球質量惑星の検出感度を達成する。
• 重力レンズデータとアストロメトリックおよび光度測定を統合し、検出された惑星の正確な質量および軌道パラメータを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽型星のハビタブルゾーンに位置する地球質量惑星の頻度はどの程度で、母星の種別によってどのように変化するか？
• RQ2 銀河内に存在する自由浮遊地球型惑星およびガス巨大惑星はどれほど一般的で、質量分布はどのようなものか？
• RQ3 特に雪線を超えた領域における銀河のバルジ部における惑星質量および公軌道距離の統計的分布はどのようになるか？
• RQ4 重力レンズ法で検出された系外惑星の性質は、ドップラー速度法および Transit 法で得られたものとどのように異なるか？
• RQ5 宇宙ベースの重力レンズ効果は、低質量惑星および自由浮遊物体を含む惑星系の完全な統計的調査をどの程度達成できるか？

主な発見

• 3か月間のEUCLID重力レンズ効果調査では、雪線領域に位置する火星質量までの惑星および自由浮遊地球型惑星を検出可能である。
• 12か月以上の調査では、太陽型星の周囲を回るハビタブルゾーンの地球質量惑星の検出感度が達成され、統計的に完全な調査が可能となる。
• 宇宙ベースの重力レンズ効果により、0.5 AU以上の公軌道距離に位置する地球質量惑星の検出が可能となり、地上ベースの調査では到達できない領域がカバーされる。
• M型星、白色矮星、およびコンact対象を含む、すべての母星タイプに対して一様な感度が得られる。
• 宇宙空間からの重力レンズ効果により、高い角分解能と安定したポイント spread 関数のおかげで、惑星および恒星のパラメータを高精度に決定できる。
• ケプラーと地上ベースの調査と組み合わせることで、ホットジュピターから自由浮遊地球質量惑星に至るまで、太陽系外惑星の完全な統計的調査が可能となる。