[論文レビュー] Expected Yields of Planet discoveries from the TESS primary and extended missions

Chelsea X. Huang, Avi Shporer+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 10被引用数 31

ひとこと要約

本論文は、NASAのTESSミッションからの系外惑星の検出数を、更新された光度ノイズモデル、Gaia DR2の星のパラメータ、現実的な標的選定、および改良された幾何的歪みモデルを組み合わせた洗練されたシミュレーションを提示する。主ミッションでは約10,000個の惑星が予測され、延長ミッションでは年間約2,000個の追加惑星が得られ、F、G、K型の星の長周期および温和な環境の惑星を最大化するためのC3PO戦略が提案されている。

ABSTRACT

We present a prediction of the transiting exoplanet yield of the TESS primary mission, in order to guide follow-up observations and science projects utilizing TESS discoveries. Our new simulations differ from previous work by using (1) an updated photometric noise model that accounts for the nominal pointing jitter estimated through simulation prior to launch, (2) improved stellar parameters based on Gaia mission Data Release 2, (3) improved empirically-based simulation of multi-planet systems, (4) a realistic method of selecting targets for 2-minute exposures, and (5) a more realistic geometric distortion model to determine the sky region that falls on TESS CCDs. We also present simulations of the planet yield for three suggested observing strategies of the TESS extended mission. We report ~$10^4$ planets to be discovered by the TESS primary mission, as well as an additional $\sim 2000$ planets for each year of the three extended mission scenarios we explored. We predict that in the primary mission, TESS will discover about 3500 planets with Neptune size and smaller, half of which will orbit stars with TESS magnitudes brighter than 12. Specifically, we proposed a new extended mission scenario that centers Camera 3 on the ecliptic pole (C3PO), which will yield more long period planets as well as moderately irradiated planets that orbit F, G, and K stars.

研究の動機と目的

• TESS主ミッションおよび延長ミッションにおける軌道移行系外惑星の検出を現実的に予測し、追跡観測を支援すること。
• 前回のシミュレーションを改善するため、更新された光度ノイズモデル、Gaia DR2の星のパラメータ、および2分間隔露光の現実的な標的選定を統合すること。
• 新しいC3PO構成（黄道極を中心に）を含む、複数の延長ミッション観測戦略を評価すること。
• 正確な質量、半径、母星の特徴付けを伴う惑星の検出数推定により、追跡キャンペーンの計画をより良くすること。
• 明るい星の周りの小惑星や、F、G、K型の星の周りの長周期惑星といった、重要な惑星集団を特定すること。

提案手法

• 事前発表のシミュレーションに基づくノーマル指向ジッタを反映した更新された光度ノイズモデルを用いて、TESSの惑星検出をシミュレートする。
• 効用温度、半径、表面重力が含まれる、Gaia Data Release 2 (DR2) からの改良された星のパラメータを統合する。
• 観測された構造と軌道通過確率を反映する、経験的ベースの複数惑星系のモデリングを採用する。
• 明るく安定した星を優先する、2分間隔観測の現実的な標的選定アルゴリズムを適用する。
• 4台のカメラが捉える天の領域を正確にマッピングするため、洗練された幾何的歪みモデルを用いる。
• 3つの延長ミッションシナリオを評価し、カメラ3を黄道極に集中させる、新しいC3PO戦略を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新された機器および星のモデルを考慮した場合、TESSの2年間の主ミッションでどれだけの軌道移行系外惑星が検出されるか？
• RQ2 TESS視等級が12未満の星の周りで、小惑星（海王星サイズ以下）の惑星がどれだけ検出される見込みか？
• RQ3 C3PO延長ミッション戦略は、他の観測戦略に比べ、長周期および温和な環境の惑星をどれほど効果的に検出できるか？
• RQ4 TESSで発見された惑星の何パーセントが、径速度追跡観測による高精度な質量測定に適しているか？
• RQ5 Gaia DR2からの改良された星のパラメータは、TESSデータからの惑星半径および密度推定の正確性にどのように影響するか？

主な発見

• TESS主ミッションでは約10,000個の軌道移行系外惑星が検出されると予測され、そのうち約3,500個が海王星サイズ以下である。
• 小惑星の約半数（1,750個）が、TESS視等級12未満の星の周りを回っており、高精度の追跡的特徴付けが可能である。
• 延長ミッションの1年間あたり、観測戦略に応じて約2,000個の追加惑星が得られると予測される。
• カメラ3を黄道極に集中させる、提案されたC3PO延長ミッションシナリオは、F、G、K型の星の周りの長周期および中程度に放射を受けた惑星の検出を最大化すると予想される。
• 数100個のTESS惑星が、平衡温度が10未満の星の周りを回ると予想され、ゆっくり回転し静穏な星の高精度な質量測定が可能になる可能性がある。
• シミュレーションでは、典型的な小惑星の半径不確実性が、Gaiaと分光的制約を組み合わせることで5％未満に抑えられると予測されている。