[論文レビュー] NASA ExoPAG Study Analysis Group 11: Preparing for the WFIRST Microlensing Survey

Jennifer C. Yee, Michael D. Albrow+13 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2014

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、WFIRST微小重力レンズ調査の科学的成果を最大化するための3つの主要な準備プログラムを提案する：高精度なアストロメトリック微小重力レンズ測定の妥当性を検証するための予備のハッブル宇宙望遠鏡（HST）画像、WFIRSTの観測領域におけるイベント率を校正するための地上ベースの近赤がん微小重力レンズ調査、および現在の微小重力レンズ観測を通じた専門知識の習得。これらの取り組みにより、特に浮遊惑星や低光度惑星の質量測定が向上し、科学的リスクが低減される。

ABSTRACT

NASA's proposed WFIRST-AFTA mission will discover thousands of exoplanets with separations from the habitable zone out to unbound planets, using the technique of gravitational microlensing. The Study Analysis Group 11 of the NASA Exoplanet Program Analysis Group was convened to explore scientific programs that can be undertaken now, and in the years leading up to WFIRST's launch, in order to maximize the mission's scientific return and to reduce technical and scientific risk. This report presents those findings, which include suggested precursor Hubble Space Telescope observations, a ground-based, NIR microlensing survey, and other programs to develop and deepen community scientific expertise prior to the mission.

研究の動機と目的

• 高精度なアストロメトリック微小重力レンズ測定の妥当性を検証することで、WFIRSTの微小重力レンズ調査における科学的リスクを低減すること。
• WFIRSTの観測領域における近赤がん微小重力レンズイベント率を測定することで、惑星の予想収量の予測を改善すること。
• 予備観測を通じて、自由浮遊惑星を含むレンズ系の質量測定に不可欠な技術を発展させること。
• ミッション前のデータを用いて、WFIRSTの光度測定およびアストロメトリーパイプラインの正確性を向上させること。
• WFIRSTが予想する大規模な微小重力レンズデータを処理するためのデータ解析ツールの開発を支援すること。

提案手法

• WFIRSTの観測領域を10年ほど前倒しで単一エポックのHST光学画像を取得し、レンズ-源の分離を解消し、相対的運動速度を測定する。
• HSTの複数エポックの近赤がん画像を用いて、WFIRSTの光度測定およびアストロメトリーパイプラインをテストする。
• 地上ベースの近赤がん微小重力レンズ調査を実施し、WFIRSTの観測領域におけるイベント率および源の明るさ関数を直接測定する。
• 既存の人工衛星パララックスミッション（スプツニク、ケプラー、TESS）および将来のEuclid観測を活用して、質量測定技術を精緻化する。
• WFIRSTを用いたアストロメトリック微小重力レンズ測定を実施し、エインシュタイン輪の角度サイズ（θ_E）および相対的運動速度を決定する。
• 微小重力レンズ解析コンテストを主催し、WFIRSTの大規模データセットを扱う分野におけるイノベーションを促進する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 予備のHST画像は、WFIRSTのアストロメトリック微小重力レンズ測定の正確性をどのように向上させ得るか？
• RQ2 WFIRSTの観測領域における真の近赤がん微小重力レンズイベント率は何か？ また、光学領域からの外挿と比べてどう異なるか？
• RQ3 現在の地上ベースおよび宇宙ベースの微小重力レンズ観測は、WFIRSTのデータ解析および質量測定の課題に対し、どの程度準備を整え得るか？
• RQ4 WFIRSTとEuclidの同時観測によって、自由浮遊惑星の質量測定がどの程度可能になるか？
• RQ5 Euclidの多波長データは、微小重力レンズ現象と色変化を示す天体的現象をどのように区別し、誤検出のリスクを低減できるか？

主な発見

• 予備のHST画像により、将来のWFIRSTのレンズ-源ペアの約20％が解消可能となり、相対的運動速度の直接測定が可能になり、θ_Eの推定精度が向上する。
• HSTの複数エポックの近赤がん画像は、WFIRSTの光度測定およびアストロメトリーパイプラインの重要なテストベッドを提供し、ミッションに不可欠なソフトウェアリスクを低減する。
• 地上ベースの近赤がん微小重力レンズ調査は、イベント率および源の明るさ関数の校正に不可欠であり、WFIRSTの惑星収量予測の不確実性を低減する。
• WFIRSTとEuclidの同時観測により、10 M⊕の自由浮遊惑星の15％に対して質量測定が可能になり、より小さな惑星ではその割合が増加する可能性がある。
• Euclidの多波長データは、微小重力レンズ現象と色変化を示す天体的現象を区別でき、イベントの検証を強化し、誤検出のリスクを低減する。
• Euclidによる銀河の中心部の初期画像は、HSTの予備画像を置き換えるものではないが、星の位置および明るさ関数の知識を向上させ、WFIRSTの科学的成果を強化する。