[論文レビュー] Expected Planet and False Positive Detection Rates for the Transiting Exoplanet Survey Satellite

Timothy M. Brown, David W. Latham|ArXiv.org|Dec 7, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、既知の系外惑星分布および星の集団モデルに基づくシミュレーションを用いて、トランジット系外惑星サーベイ・サテライト（TESS）が検出可能な軌道移行系外惑星および天体物理学的偽陽性の期待値を推定している。地上の追跡観測に要するリソースを定量的に評価し、特にスーパーアースを対象とした確認と特徴付けに、撮像観測で1,400夜分、低精度径速度測定で300夜分、高精度径速度測定で380夜分の望遠鏡時間が必要であると予測している。

ABSTRACT

The proposed Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) will survey the entire sky to locate the nearest and brightest transiting extrasolar planets with orbital periods up to about 36 days. Here we estimate the number and kind of astrophysical false positives that TESS will report, along with the number of extrasolar planets. These estimates are then used to size the ground-based follow-up observing efforts needed to confirm and characterize the planets. We estimate that the needed observing resources will be about 1400 telescope-nights of imaging with 0.5m to 1m-class telescopes, 300 telescope-nights with 1m to 2m-class telescopes for the classification of the host stars and for radial velocity measurements with roughly 1 km/s precision, and 380 telescope-nights with 2m to 4m-class telescopes for radial velocity studies with precision of a few m/s. Follow-up spectroscopy of the smallest planets discovered by TESS at the best possible velocity precision will be limited by the number of telescope nights available on 4m to 10m class telescopes with instruments such as HARPS and HIRES, but the pay-off of such efforts will be the determination of masses for Super Earths with sufficient accuracy to distinguish rocky desert planets from water worlds.

研究の動機と目的

• TESSが検出する天体物理学的偽陽性の数と種類を推定し、それが惑星のトランジットを模倣する要因となること。
• 真の惑星と偽陽性を区別するための地上追跡観測リソースを特定すること。
• 特にスーパーアースを対象とした惑星質量の決定に要する径速度測定のための望遠鏡時間の予測を行うこと。
• 標的星の事前選別（例：巨星の除外）が追跡観測コストをどの程度低減できるかを評価すること。
• 高精度分光法による小惑星の質量測定の可能性を評価し、惑星の組成を特徴付ける上での意味を検討すること。

提案手法

• ブラウン（2003）が開発したコードを改変し、視線方向の三重星系およびそのトランジットに類似した光曲線をモデル化した。
• TESSの感度、観測戦略、および全銀河的星分布を反映させるためにコードを修正した。
• 既知の系外惑星の周期および半径分布を用いて、真の惑星トランジットのシミュレーションをキャリブレーションした。
• 偽陽性の原因として、斜め通過する連星系、巨星を含む連星系、明るい第三星を伴う希釈連星系をモデル化した。
• 予想される検出率に基づき、撮像、低精度径速度測定、高精度径速度測定に要する観測時間の見積もりを行った。
• トランジット探索の前段階で巨星を除外する星の事前選別が、観測時間の削減にどの程度寄与するかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2年間の天の川スカイサーベイにおいて、TESSはどの程度の数の軌道移行系外惑星および偽陽性を検出すると予想されるか？
• RQ2 偽陽性のタイプの期待される分布は何か？また、それらは惑星トランジットと深さ、持続時間、公軌道周期の点でどのように異なるか？
• RQ3 TESSが発見した惑星を確認・特徴付けるために、地上追跡観測にどの程度の時間が必要か？
• RQ4 標的星の事前選別（例：巨星の除外）によって、合計の追跡観測作業がどの程度低減可能か？
• RQ5 高精度径速度分光法を用いた場合、スーパーアースの質量測定の実現可能な収量はどの程度か？

主な発見

• TESSは約1,400個の軌道移行系外惑星を検出すると予想され、そのうちの顕著な割合が、連星系や視線方向の三重星系などの天体物理学的現象に起因する偽陽性である。
• 地上追跡観測の合計時間は、0.5m〜1m望遠鏡を用いた撮像で1,400夜分、低精度径速度測定（1 km s⁻¹）で300夜分、高精度径速度測定（数m s⁻¹）で380夜分と推定されている。
• 巨星を除外する星の事前選別により、撮像追跡観測は約5%、低精度径速度追跡観測は約10%削減可能であるが、高精度測定にはほとんど影響がない。
• スーパーアースの質量測定は極めて時間のかかる作業であり、HARPSで75夜分の時間しか割けない場合、2〜3打の測定が可能にとどまるだろう。
• 1 m s⁻¹の高精度径速度測定は、岩石惑星と水世界を区別するために不可欠であるが、4m〜10mクラス望遠鏡の観測時間制限に起因して制限を受ける。
• JWSTを用いた大気特徴付けの最も有望な標的は、最も近く明るいスーパーアースを公転する星であり、TESSが設計した目的に合致している。