[論文レビュー] Unique Science from a Coordinated LSST-WFIRST Survey of the Galactic Bulge

R. A. Street, Michael B. Lund+20 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2018

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LSSTがWFIRSTの銀河中心部微小レンズ調査領域を共同で観測する協調的ディープドリルフィールド（DDF）調査を提案し、2つの望遠鏡間の視差差を活用することで、特に浮遊惑星を含む短時間スケール微小レンズ事象の物理的パラメータを高精度に測定することを可能にする。この連携により、完全な光曲線再構築とレンズ質量、距離、運動論的性質の制約が向上し、単一ミッションのデータに起因する制限を克服する。

ABSTRACT

NASA's WFIRST mission will perform a wide-field, NIR survey of the Galactic Bulge to search for exoplanets via the microlensing techniques. As the mission is due to launch in the mid-2020s, around half-way through the LSST Main Survey, we have a unique opportunity to explore synergistic science from two landmark programs. LSST can survey the entire footprint of the WFIRST microlensing survey in a single Deep Drilling Field. Here we explore the great scientific potential of this proposal and recommend the most effective observing strategies.

研究の動機と目的

• LSSTの可視光サーベイ能力を活用し、銀河中心部のWFIRST近赤外微小レンズサーベイを完了および強化すること。
• WFIRSTの季節的観測による光曲線の不完全なサンプリングを補うために、季節間のギャップ中に継続的な可視光モニタリングを提供すること。
• WFIRST単体では解明できない短時間スケール微小レンズ事象（tE ≤ 30日）の視差を正確に測定できることを可能にすること。
• 複数エポックおよび複数波長の光度測定を通じて、浮遊惑星の質量関数、距離、運動論的性質の制約を向上させること。
• WFIRSTサーベイと最大限の時間的・空間的重複を実現する観測戦略を最適化し、高頻度観測と最小限のデータギャップを確保すること。

提案手法

• LSSTの広視野・深さのある可視光サーベイ能力を活用し、WFIRSTの銀河中心部フィールド全体をi ~ 23 magまで高感度で高頻度でモニタリングすること。
• 空間的重複度を保証するためのSpacialOverlapMetricを適用し、WFIRSTサーベイ領域と100％の空間的重複を達成するとともに、約9個の球状星団を含むようにDDFフィールドを最適化すること。
• WFIRSTの2つの主要観測ウィンドウ（2026–2030年における2月12日～4月24日および8月19日～10月29日）中に、numObsInSurveyTimeOverlapを最大化し、密なサンプリングを確保すること。
• 観測間隔の最小化（IntervalsBetweenObs）を実施し、中央値が3日以内となるようにすることで、視差および光曲線形状の信頼性ある測定を可能にすること。
• CadenceOverVisibilityWindowMetricを用いて、実際の訪問回数と望ましい回数を比較し、最低限の有用な頻度（M ≥ 0.25）を達成すること。
• スケジューリングにおいて月の影響を回避し、月に影響を受ける期間中はiおよびzバンド観測を優先することで、頻度とデータ品質を維持すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSSTの可視光モニタリングは、特に短時間スケール事象において、WFIRSTの微小レンズ光曲線の完全性と正確性を顕著に向上させることができるか？
• RQ2 LSSTとWFIRSTの間の約0.01 AUの基準基準差を考慮した場合、短時間スケール微小レンズ事象の視差はどの程度正確に測定可能か？
• RQ3 LSSTとWFIRSTの併用による可視光・近赤外光度測定は、浮遊惑星の物理的性質の制約をどのように向上させるか？
• RQ4 WFIRSTの季節的観測ウィンドウ中に、データギャップを最小限に抑えつつ科学的利得を最大化する観測頻度およびフィルタ戦略は何か？
• RQ5 LSSTのDDF戦略は、微小レンズ事象の天文学的文脈を強化するため、球状星団などの重要な星集団を含むように最適化可能か？

主な発見

• LSSTの可視光モニタリングにより、72日間の観測ウィンドウと季節的ギャップにより不完全にサンプリングされた微小レンズ光曲線を完全に再構築できる。
• LSSTとWFIRST間の約0.01 AUの基準基準差は、WFIRST単体では解明できない短時間スケール事象（tE ≤ 30日）の物理的パラメータを測定するのに十分な視差信号を提供する。
• LSST-WFIRST連携サーベイは、特に低質量惑星において、浮遊惑星の質量関数を著しく高い精度で制約できる。
• 提案された観測戦略により、重複観測ウィンドウ中に中央値が3日以内の頻度が達成され、視差および光曲線形状の信頼性ある測定が可能になる。
• SpacialOverlapMetricの結果、WFIRSTのフィールドと100％の空間的重複が達成可能であり、DDFは平均して約9個の球状星団を含むように最適化可能である。
• CadenceOverVisibilityWindowMetricの結果、最低限の有用な頻度（M ≥ 0.25）が、1日2回以上の訪問で達成可能であり、約50分のカウスティック通過遅延を解明するのに十分である。