[論文レビュー] The Multi-site All-Sky CAmeRA: Finding transiting exoplanets around bright ($m_V < 8$) stars

Geert Jan Talens, J. F. P. Spronck+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用数 28

ひとこと要約

Multi-site All-Sky CAmeRA (MASCARA) は、ラ・パルマおよびラ・シラに設置された固定指向の広視野カメラを用いて、明るい星（mV < 8）を対象にした地上基準の Transit 衛星探査である。5分間ごとに1.5%の光度精度を達成し、熱い木星の検出を可能にするとともに、変光星や系外惑星の追跡観測のための長期的光曲線アーカイブを構築する。

ABSTRACT

This paper describes the design, operations, and performance of the Multi-site All-Sky CAmeRA (MASCARA). Its primary goal is to find new exoplanets transiting bright stars, $4 < m_V < 8$, by monitoring the full sky. MASCARA consists of one northern station on La Palma, Canary Islands (fully operational since February 2015), one southern station at La Silla Observatory, Chile (operational from early 2017), and a data centre at Leiden Observatory in the Netherlands. Both MASCARA stations are equipped with five interline CCD cameras using wide field lenses (24 mm focal length) with fixed pointings, which together provide coverage down to airmass 3 of the local sky. The interline CCD cameras allow for back-to-back exposures, taken at fixed sidereal times with exposure times of 6.4 sidereal seconds. The exposures are short enough that the motion of stars across the CCD does not exceed one pixel during an integration. Astrometry and photometry are performed on-site, after which the resulting light curves are transferred to Leiden for further analysis. The final MASCARA archive will contain light curves for ${\sim}70,000$ stars down to $m_V=8.4$, with a precision of $1.5\%$ per 5 minutes at $m_V=8$.

研究の動機と目的

• 既存の探査で十分にカバーされていない明るい星（mV < 8）に対して、Transit を用いた系外惑星の検出を目的とする。
• 時間的制約によりすべての明るい星を観測できないという径速度探査の限界を克服することを目的とする。
• 明るい星の全天空にわたる長期的・光度的モニタリングを実施し、Transit 検出および変動性研究を目的とする。
• 今後の系外惑星の特性評価に役立てるために、mV = 8.4 まで約70,000個の星の高精度光曲線アーカイブを構築することを目的とする。
• TESS や今後の宇宙ミッションを補完し、長期間および変動する天体のための多周期ベースラインデータを提供することを目的とする。

提案手法

• 北半球（ラ・パルマ）と南半球（ラ・シラ）にそれぞれ MASCARA 立会を設置し、全天空カバレッジを実現する。
• 各立会に、24 mm 焦点距離の固定指向レンズを装備した5台のインターライン CCD カメラを設置し、空気透過率 3 までを含めた可視全天を監視する。
• 固定した恒星時刻での連続露光を実施し、露光時間は6.4恒星秒に設定し、星の像がピクセル内で動かないようにする。
• 現地でのアストロメトリと光度測定を実施し、その後データをライデン天文台に送信して最終解析および光曲線生成を実施する。
• 各星の光曲線をビニングし、局所恒星時における正弦波をフィットすることで、系統的ノイズを補正する。
• ペルティエ冷却を施した温度制御カメラボックスと LED ドームフラットを用いたキャリブレーションを実施しているが、2015年以降、北側立会ではアクティブ冷却を停止している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上で全天空を対象とする探査が、明るい星（mV < 8）の熱い木星の Transit を検出するのに十分な光度精度を達成できるか？
• RQ2 短露光時間の固定指向広視野カメラが、長期間にわたり安定した系統的ノイズ制限光度測定を実現できるか？
• RQ3 MASCARA の光度精度は、ターゲットの明るさ範囲（mV = 4 から 8.4）においてどの程度の性能を示すか？
• RQ4 MASCARA の長期的モニタリング能力は、今後の宇宙ミッション（例：TESS）とどのように補完し合うか？
• RQ5 MASCARA のデータアーカイブは、系外惑星検出を越えて、変光星科学にどの程度貢献できるか？

主な発見

• 北側 MASCARA 立会は、mV = 8 において5分間ごとに1.5%の光度精度を達成しており、当初の目標である1%／時間を上回っている。
• mV = 8.4 では RMS 散乱が約2%、mV = 4 では約0.5%に低下するが、明るい星ではスチルレーション／残存系統的ノイズが制限要因となり、やや暗い星では空背景光子ノイズが制限要因となる。
• 既知の熱い木星である HD189733b（mV = 7.7）の Transit を検出でき、折りたたみ光曲線で RMS 約1%を達成し、機器の感度を確認した。
• RR リラ星（mV = 7.1）の周期的変動性も検出され、変光星科学への応用可能性を示した。
• すべてのターゲットに対して多周期の光曲線が得られ、長周期惑星や長期的変動の検出が可能となり、TESS の4週間の監視を補完する。
• 最終的な MASCARA アーカイブには、mV = 8.4 まで約70,000個の星の光曲線が含まれ、今後の系外惑星の追跡観測および星の変動性研究の貴重なリソースとなる。