[論文レビュー] MOA-2007-BLG-400 A Super-Jupiter Mass Planet Orbiting a Galactic BulgeK-dwarf Revealed by Keck Adaptive Optics Imaging

Aparna Bhattacharya, D. P. Bennett+12 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 100被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、銀河のバルジで発生した重力レンズ現象MOA-2007-BLG-400において、高解像度Keckアダプティブオプティクス画像を用いてレンズ星を解像し、質量1.71 ± 0.27 M_Jupのスーパーバイオジャン星が、0.69 ± 0.04 M☉のK型矮星を公転する様子を明らかにした。この距離は6.89 ± 0.77 kpcに位置する。この検出結果は、重力レンズ質量比関数のピーク付近に近い惑星-ホスト星質量比を確認しており、コア蓄積モデルの検証に向けたホスト星質量測定の重要性を強調している。

ABSTRACT

We present Keck/NIRC2 adaptive optics imaging of planetary microlensing event MOA-2007-BLG-400 that resolves the lens star system from the source. We find that the MOA-2007-BLG-400L planetary system consists of a $1.71\\pm 0.27 M_{\ m Jup}$ planet orbiting a $0.69\\pm 0.04M_{\\odot}$ K-dwarf host star at a distance of $6.89\\pm 0.77\\,$kpc from the Sun. So, this planetary system probably resides in the Galactic bulge. The planet-host star projected separation is only weakly constrained due to the close-wide light curve degeneracy; the 2$\\sigma$ projected separation range is 0.6--$7.2\\,$AU. This host mass is at the top end of the range of masses predicted by a standard Bayesian analysis that assumes that all stars have an equal chance of hosting a star of the observed mass ratio. This and the similar result for event MOA-2013-BLG-220 suggests that more massive stars may be more likely to host planets with a mass ratio in the $0.002 < q < 0.004$ range that orbit beyond the snow line. These results also indicate the importance of host star mass measurements for exoplanets found by microlensing. The microlensing survey imaging data from NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope (formerly WFIRST) mission will be doing mass measurements like this for a huge number of planetary events. This host lens is the highest contrast lens-source detected in microlensing mass measurement analysis (the lens being 10$\ imes$ fainter than the source). We present an improved method of calculating photometry and astrometry uncertainties based on the Jackknife method, which produces more accurate errors that are $\\sim$$2.5 \ imes$ larger than previous estimates.

研究の動機と目的

• MOA-2007-BLG-400で検出された重力レンズ惑星のホスト星質量を測定し、コア蓄積理論の予測を検証すること。
• 高対比アダプティブオプティクス画像を用いて、曇ったレンズ-源の対比に起因する課題を克服し、レンズ星と源星を解像すること。
• より正確な誤差伝搬を実現するため、ジャックナイフに基づく手法を用いて光度および位置測定の不確実性を改善すること。
• 特に雪線を超える質量の大きな惑星に対して、ホスト星質量が惑星出現率に与える影響を評価すること。
• 将来のNancy Grace Roman宇宙望遠鏡による重力レンズ惑星の質量測定を支援するため、高対比画像技術を用いてレンズ星を解像すること。

提案手法

• MOA-2007-BLG-400重力レンズ現象のKeck/NIRC2アダプティブオプティクス画像を実施し、レンズ星と源星を解像した。
• 光度および位置測定の不確実性を計算するために、変更を加えたジャックナイフ再サンプリング手法を用い、従来の推定値と比較して約2.5倍大きな誤差を算出した。
• 2013年に取得した高S/N画像から、レンズ-源の分離距離と輝度比を測定した。このとき分離距離は約50 masであった。
• 位置測定と光度測定を統合し、源星に対してレンズ星の明るさと位置を特定した。
• ベイズ解析を適用し、重力レンズ光曲線モデルの文脈においてホスト星質量と惑星質量比を解釈した。
• 信号対雑音比や露出回数を変化させた画像セットをシミュレートすることで、将来的な調査における微弱なレンズ星の検出可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MOA-2007-BLG-400惑星系におけるホスト星の質量は何か？ また、等しいホスト星質量事前分布を仮定した標準ベイズ解析による予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 ホスト星質量は、特にq ≈ 0.002–0.004の範囲にある重力レンズ調査における惑星質量比の分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 高対比アダプティブオプティクス画像法は、10:1のような高い源-レンズ輝度比を持つ重力レンズ現象においても、レンズ星を解像可能か？
• RQ4 改善された不確実性推定手法は、重力レンズ追跡観測における光度および位置測定の信頼性にどのような影響を与えるか？
• RQ5 ローマ銀河系系外惑星調査のような将来的な調査は、安定したPSFと高頻度の画像撮影を用いて、類似した輝度比と分離距離を持つレンズ星をどの程度検出可能か？

主な発見

• MOA-2007-BLG-400のホスト星は、太陽質量0.69 ± 0.04 M☉のK型矮星であり、地球からの距離は6.89 ± 0.77 kpcに位置し、銀河のバルジに属する。
• 惑星の質量は1.71 ± 0.27 M_Jupであり、雪線を超える軌道を回るスーパーバイオジャン惑星に分類される。
• レンズ星は源星よりも10倍暗く、重力レンズ質量測定においてこれまでに解像された中で最高の対比を持つシステムである。
• 2σの投影分離距離範囲は0.6–7.2 AUであり、光曲線における近接-広域デゲネラシーの制限によるものである。
• ホスト星質量は、等しいホスト星質量事前分布を仮定した標準ベイズ解析で予測される範囲の上端に位置しており、q ≈ 0.002–0.004の惑星を有する星がより質量の大きな星である可能性が示唆される。
• ジャックナイフに基づく不確実性手法により、光度および位置測定の誤差が従来の推定値の約2.5倍大きくなったが、測定の信頼性が向上した。