[論文レビュー] Transiting Planets with LSST IV: Detecting Planets around White Dwarfs

Michael B. Lund, Joshua Pepper+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、Tingley（2011）の修正版トランジット検出アルゴリズムを用いて、Large Synoptic Survey Telescope（LSST）が白色矮星の短周期軌道を回る地球サイズの惑星を検出可能であることを示している。LSSTの銀河平面における低頻度観測にもかかわらず、シミュレーションの結果、白色矮星1つあたり0.25個の出現率で、検出可能なトランジット惑星の約20％に相当する500個以上の地球サイズの惑星を検出可能であることが示された。

ABSTRACT

Previous work has demonstrated that the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) has the capability to detect transiting planets around main sequence stars in relatively short ($

研究の動機と目的

• LSSTが白色矮星の周りを公転するトランジット型地球サイズ惑星を検出できる能力を評価すること。
• 銀河平面における短いトランジット期間と低観測頻度という課題に対処すること。
• Tingley（2011）が提唱した高感度トランジット検出アルゴリズムの白色矮星系への有効性を評価すること。
• 現実的なLSSTの観測戦略と白色矮星の集団モデルに基づき、検出可能なトランジット惑星の見込数を推定すること。

提案手法

• LSST OpSimデータとボックスカルトトランジットモデルを用いて、180万個の白色矮星の光曲線をシミュレートした。
• Tingley（2011）のアルゴリズムを適用し、極度の光度外れ値における周期性を検出。高SN比トランジットに最適化されたものである。
• 0.15～10日という対数一様周期分布と地球サイズの惑星半径を用い、現実的なトランジット深度をモデル化した。
• LSSTの変動する観測頻度を考慮し、銀河平面では1星あたり約300回の観測にとどまることで、検出効率に影響を与えた。
• LCOネットワークのデータを用いて、白色矮星の明るさと望遠鏡の開口部（0.4mおよび1m）に基づき、光度誤差をモデル化した。
• 白色矮星のトランジット深度が非常に大きいことから、検出の閾値として3回のトランジットを条件とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSSTは、銀河平面における低頻度観測にもかかわらず、白色矮星の短周期軌道を回る地球サイズの惑星を検出可能か？
• RQ2 Tingley（2011）のアルゴリズムは、白色矮星の周囲で高信号・短期間のトランジットを検出するためにどれほど有効か？
• RQ3 現実的なLSSTの観測戦略のもとで、白色矮星の周りの検出可能なトランジット惑星の見込数はどの程度か？
• RQ4 銀河平面における低頻度観測が、近軌道のトランジット惑星検出効率にどのように影響するか？
• RQ5 白色矮星の周囲に存在する近軌道の地球サイズ惑星の真の集団のうち、LSSTが回復できる割合はどの程度か？

主な発見

• LSSTは、白色矮星1つあたり0.25個の出現率で、検出可能なトランジット惑星の約20％に相当する500個以上の地球サイズの惑星を検出可能である。
• 出現率が1白色矮星あたり1個に上昇した場合、LSSTは2,000個を超える惑星を回復可能となるが、それでも依然として全集団の一部にとどまる。
• 検出の見込数は、白色矮星が銀河平面外に位置するものに強く偏っており、初期の白色矮星集団のうち60％にすぎない領域から97％の回復惑星が得られている。
• 銀河平面における低頻度観測（1星あたり約300回）は検出効率を著しく低下させ、LSSTがこの領域の白色矮星を発見する能力を制限している。
• 白色矮星のトランジットは、その高い深度のおかげで、わずか数点の光度測定でも検出可能であり、まばらなサンプリングでも検出が可能である。
• Tingley（2011）のアルゴリズムは、高信号・短期間のトランジットを検出するのに非常に効果的であり、白色矮星の惑星探査に適している。