[論文レビュー] Microlensing Searches for Planets: Results and Future Prospects

B. Scott Gaudi|ArXiv.org|Nov 10, 2007

Scientific Research and Discoveries参考文献 3被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、雪線を超えた地球質量および巨大惑星の検出に特に感受性が高い方法としての重力レンズ効果による系外惑星探査をレビューし、次世代の地上および宇宙望遠鏡の調査が年間で何百もの低質量惑星を検出可能になると予測している。これにより、0.1地球質量以上で軌道半径が0.5 AU以上のすべての惑星、さらには浮遊惑星を含めた完全な惑星の集計が可能になる。

ABSTRACT

Microlensing is potentially sensitive to multiple-planet systems containing analogs of all the solar system planets except Mercury, as well as to free floating planets. I review the landscape of microlensing planet searches, beginning with an outline of the method itself, and continuing with an overview of the results that have been obtained to date. Four planets have been detected with microlensing. I discuss what these detections have taught us about the frequency of terrestrial and giant planets with separations beyond the ``snow line.'' I then discuss the near and long-term prospects for microlensing planet searches, and in particular speculate on the expected returns of next-generation microlensing experiments both from the ground and from space. When combined with the results from other complementary surveys, next generation microlensing surveys can yield an accurate and complete census of the frequency and properties of essentially all planets with masses greater than that of Mars.

研究の動機と目的

• 重力レンズ法による系外惑星探査の現状と今後の可能性を評価すること。
• 次世代の地上および宇宙望遠鏡を用いた重力レンズ法の調査の実現可能性と期待される発見数を評価すること。
• Keplerのような他の系外惑星探査と比較して、重力レンズ法がどのように完全な惑星系の集計を達成するかを検討すること。
• 改良された重力レンズ法を用いて、低質量惑星および浮遊惑星の検出頻度を定量すること。

提案手法

• 重力レンズ効果は、前方に位置するレンズ星が背景の星の光を重力で曲げる現象を利用して、系外惑星を検出する。
• 惑星は、主な重力レンズイベントの光曲線に現れる短時間スケールのずれとして検出され、その時間スケールは ∼ q^{1/2} t_E に比例する。ここで q は惑星質量と星質量の比である。
• 地上の調査では、広視野望遠鏡（2–4 deg² の視野）を用い、10–20分ごとに数百万の星を観測し、摂動を検出する。
• 宇宙望遠鏡による重力レンズ調査では、源星を解像可能とし、連続的な監視が可能になり、レンズ星の輝度測定が可能となる。これにより質量の決定が可能になる。
• シミュレーションでは、銀河のレンズおよび源星の集団をモデル化し、天候、大気の揺らぎ、星の密集状態を考慮して検出頻度を予測する。
• 光曲線のモデリングにより、質量および軌道パラメータの制約が得られ、レンズ星の質量はレンズ星の輝度測定から推定される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の重力レンズ法による、雪線を超えた低質量惑星および巨大惑星の検出頻度はどの程度か？
• RQ2 重力レンズ法の調査は、数AUの距離に位置する地球質量の惑星を検出可能か？その検出頻度はどの程度か？
• RQ3 フォローアップ観測によって、重力レンズイベントにおけるレンズ星の質量や性質をどの程度まで制約できるか？
• RQ4 次世代の地上重力レンズ調査は、現在の調査と比較して、検出頻度をどの程度向上させるか？
• RQ5 宇宙望遠鏡を用いた重力レンズ調査では、浮遊惑星の検出頻度はどの程度期待できるか？

主な発見

• 重力レンズ法により、4つの系外惑星が明確に検出されており、これにより雪線を超えたスーパーアースや木星型惑星の頻度に関する新たな知見が得られた。
• 広視野望遠鏡を用いた次世代の地上重力レンズ調査では、現在の調査と比較して、惑星検出頻度が少なくとも1桁以上向上すると予想される。
• すべての主系列星が1–2.5 AUに地球質量の惑星を1つ以上有すると仮定した場合、宇宙望遠鏡による重力レンズ調査は、ミッション期間中に約500個の同様の惑星を検出可能である。
• すべての星が木星質量の惑星を1体以上放出すると仮定した場合、宇宙望遠鏡による重力レンズ調査では、年間で何百もの浮遊惑星が検出可能と予想される。
• このような調査では、質量が ≥0.1 M⊕ で軌道長半径が ≥0.5 AU のすべての惑星に感度を示し、水星を除く太陽系惑星の類縁体を含む。
• Keplerや他の調査と組み合わせることで、次世代の重力レンズ法は、質量 <1 M☉ の星の周りで、質量 >0.1 M⊕ の束縛惑星および浮遊惑星を完全に集計可能となる。