[論文レビュー] Measurement of the Free-Floating Planet Mass Function with Simultaneous Euclid and WFIRST Microlensing Parallax Observations

Matthew T. Penny, E. Bachelet+18 more|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、Euclid および WFIRST 宇宙望遠鏡による同時微小レンズ効果観測を用いて、微小レンズ効果パララックスを介して、浮遊型および広い軌道を回る惑星の質量を測定することを提案する。2つの観測機器間の 0.01 AU の基準基準を活用することで、WFIRST 単独では検出できない惑星の高精度な質量決定が可能となり、惑星系の動的進化および放出プロセスに関する制約が著しく向上する。

ABSTRACT

Free-floating planets are the remnants of violent dynamical rearrangements of planetary systems. It is possible that even our own solar system ejected a large planet early in its evolution. WFIRST will have the ability to detect free-floating planets over a wide range of masses, but it will not be able to directly measure their masses. Microlensing parallax observations can be used to measure the masses of isolated objects, including free-floating planets, by observing their microlensing events from two locations. The intra-L2 separation between WFIRST and Euclid is large enough to enable microlensing parallax measurements, especially given the exquisite photometric precision that both spacecraft are capable of over wide fields. In this white paper we describe how a modest investment of observing time could yield hundreds of parallax measurements for WFIRST's bound and free-floating planets. We also describe how a short observing campaign of precursor observations by Euclid can improve WFIRST's bound planet and host star mass measurements.

研究の動機と目的

• 浮遊型および広い軌道を回る惑星の質量関数を測定すること。これは、惑星系の動的進化および放出プロセスを理解する上で不可欠である。
• 第二の観測機器からのパララックス測定を用いて、WFIRST の微小レンズ効果データにおける質量-距離デゲネラシーを克服すること。
• わずかな欧幾何学的観測時間の投資であっても、WFIRST の束縛型および浮遊型惑星の数百もの質量測定が得られることを示すこと。
• WFIRST の束縛型惑星の質量測定を、WFIRST 発射の3年前までにEuclidが微小レンズ効果場を事前観測することで向上させること。
• 異なる機器、検出器、波長を用いた観測による、WFIRST の質量測定のクロスチェックを提供し、系統誤差のリスクを低減すること。

提案手法

• WFIRST が L2 に位置するのに対し、Euclid と 0.01 AU の基準基準を活用して微小レンズ効果パララックス（πE）を測定し、微小レンズ効果光曲線パラメータのデゲネラシーを解消する。
• 微小レンズ効果パララックス式 πE ≈ (基準基準) / (1 AU) × (1 / θE) を適用して、光曲線に及ぼすパララックス効果を推定する。
• 両望遠鏡からの同時観測を通じて、特に浮遊型惑星に起因する短時間（1日未塔）のイベントにおいて、パララックスに起因する光曲線形状の違いを検出する。
• Euclid の高頻度 VIS 観測を用いて、低質量惑星と連星源イベントの曖昧さを解消する。
• WFIRST 発射の3年前までに、Euclid の VIS 計器を用いて WFIRST の微小レンズ効果場を事前観測し、レンズ-源分離測定のための基準基準を延長する。
• Euclid の広視野（WFIRST のほぼ2倍）と類似した PSF およびピクセルスケールを活用して、WFIRST データの高信頼性なクロスバリデーションを実現するためのフィールド選定を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Euclid と WFIRST の同時観測によって、浮遊型惑星の微小レンズ効果パララックス測定が可能か？
• RQ2 WFIRST が検出する浮遊型および束縛型惑星のうち、このパララックス手法で質量を測定可能な割合はどの程度か？
• RQ3 WFIRST の微小レンズ効果場を事前観測するためのEuclidの調査が、束縛型惑星の質量測定をどの程度向上させ、系統誤差を低減するか？
• RQ4 Euclid が WFIRST の惑星検出に対して統計的に有意なパララックス測定を提供するための最小観測時間はどの程度か？
• RQ5 Euclid の観測が、異なる機器と波長を用いて WFIRST の質量測定をどの程度までクロスチェックとして機能させるか？

主な発見

• 24時間の Euclid 観測では、W146 = 23.7 の源に対して 25–50 の信号対雑音比が達成可能であり、高精度光度測定に十分である。
• 96時間の調査では、S/N ≈ 50–100 に達し、微小レンズ効果イベントの堅実な検出および特徴付けが可能になる。
• 120日間の同時観測キャンペーンでは、約70個の浮遊型惑星および300個以上の束縛型惑星のパララックス測定が可能になる。
• 1日間の高頻度観測であっても、WFIRST の短時間イベントのほとんどまたはすべての惑星信号を捉えることができ、約3個の束縛型惑星および約0.75個の浮遊型惑星が検出可能である。
• WFIRST の惑星候補の1/3については、事前観測による基準基準の延長により、レンズ-源分離測定の基準基準が2倍になり、さらに1/3の候補についても延長が可能になる。
• Euclid と WFIRST のデータを併用することで、浮遊型惑星の完全な質量および距離解が得られ、これは WFIRST 単独では不可能である。