[論文レビュー] Planet Detection Simulations for Several Possible TESS Extended Missions

Luke G. Bouma, Joshua N. Winn+2 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 31

ひとこと要約

本稿は、Sullivanら（2015年）に基づくモンテカルロ法を用い、TASS拡張ミッションの6つの潜在的指向戦略について、運用の第3年間における系外惑星検出の実現可能性をシミュレートしている。惑星検出率は安定しており、全天、極、半球＋黄道の戦略が、亜ネプチューンおよび長周期惑星の検出数が最も多く、過去に観測済みの領域を再観測することで、今後の追従観測のための軌道要素の精度が向上することが示された。

ABSTRACT

The Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) will perform a two-year survey of nearly the entire sky, with the main goal of detecting exoplanets smaller than Neptune around bright and nearby stars. There do not appear to be any fundamental obstacles to continuing science operations for at least several years after the two-year Primary Mission. To provide a head start to those who will plan and propose for such a mission, we present simulations of exoplanet detections in a third year of TESS operations. Our goal is to provide a helpful reference for the exoplanet-related aspects of any Extended Mission, while recognizing this will be only one part of a larger community discussion of the scientific goals. We use Monte Carlo simulations to try and anticipate the quantities and types of planets that would be detected in each of 6 plausible scenarios for a one-year Extended Mission following the two-year Primary Mission. We find that: (1) there is no sharp fall-off in the planet discovery rate in the third year; (2) the quantity of newly detected sub-Neptune radius planets does not depend strongly on the schedule of pointings; (3) an important function of an Extended Mission would be improving our ability to predict the times of future transits and occultations of TESS-detected planets.

研究の動機と目的

• 主な2年間の調査を超過するTASS拡張ミッションの指向戦略の系外惑星検出可能性を評価すること。
• 異なる天の川走査スケジュールが、特に亜ネプチューンおよび長周期惑星の検出数や種別に与える影響を評価すること。
• 過去に観測済みの領域を再観測することで、今後の追従観測のための惑星の軌道要素の精度が向上するかどうかを調査すること。
• TASSの拡張運用を検討するミッションプランナーおよび天文コミュニティに定量的リファレンスを提供すること。

提案手法

• Sullivanら（2015年）の手法に基づくモンテカルロシミュレーションを実施し、異なる指向戦略下でのTASS観測および惑星検出をモデル化した。
• 「検出された惑星」として、少なくとも2回の食を示し、位相畳み込みSNR > 7.3を満たすものと定義した。半径が4R⊕未満の惑星に焦点を当てた。
• 太陽、月、地球からの散乱光を含むノイズモデルを用い、角度依存性を抑制関数とPSF効果を介して表現した。
• PSF劣化に起因するバイアスを回避するため、すべての星がTASSのCCDの中心に位置すると仮定した。これにより、複数観測におけるSNR推定が簡略化された。
• 星の等級とフィールド角度に依存するフラックスモデルを用い、ポissonノイズを考慮し、露光時間の積分により信号対ノイズ比を計算した。
• 6つのシナリオを比較した：半球、極、半球＋黄道、黄道長、黄道短、全天。それぞれが異なる天の川カバレッジと視野方向を有する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R_p < 4R⊕の新たな系外惑星の数は、TASS拡張ミッションの異なる指向戦略によってどのように変化するか？
• RQ2 過去に観測済みの領域を再観測することで、長周期惑星の検出や軌道要素の精度にどのような影響を与えるか？
• RQ3 どの指向戦略が、亜ネプチューンサイズの惑星（R_p ≤ 4R⊕）および地球に似た受光量（0.2 < S/S⊕ < 2）の惑星の検出を最大限に高めるか？
• RQ4 非常に明るい母星（I_c < 10）の周囲の惑星検出において、異なる戦略はどのように比較されるか？
• RQ5 3回の食が確実な同定に必要となる惑星の検出に、指向戦略の選択がどの程度影響を与えるか？

主な発見

• R_p < 4R⊕の新たな惑星の数は、6つのシナリオすべてで30％未満の変動にとどまり、検出実現可能性が指向戦略に対して相対的に感受性が低いことが示された。
• 全天、極、半球＋黄道の戦略が、約1350～1400個の新たな亜ネプチューン惑星を検出しており、これは主ミッション時の年間約1250個に比べて最多であった。
• 過去に観測済みの領域を再観測することで（例：半球、半球＋黄道、全天）、惑星の軌道要素の精度が顕著に向上し、今後の食予測における不確実性が低減された。
• 公軌道周期が20日を超える惑星に関しては、2回の食で十分な場合、全天および極戦略が主ミッションの約2倍の検出数を達成するが、3回の食が必要な場合、極戦略では約260、他の戦略では約160に低下する。
• 全天、半球＋黄道、黄道短戦略は、I_c < 10の星の周囲で約190個の新たな惑星を検出しており、主ミッションの実現可能性と一致した。
• すべての戦略が、地球に似た受光量（0.2 < S/S⊕ < 2）の惑星を約120個検出しており、主ミッションの年間約105個をわずかに上回った。