[논문 리뷰] 20 years of photometric microlensing events predicted by Gaia DR2: Potential planet-hosting lenses within 100 pc

Alexander J. Mustill, M. B. Davies외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 39인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 가시광선 미로렌징 사건 30宗을 100 pc 이내에서 예측하며, 10% 이상의 정렬 확률(한 에이스터인 반경 이내)을 가진 7개의 고확률 사건을 식별한다. 이 중 가장 두드러진 사건은 2030년 초에 WISE J175839.20–583931.6가 배경 항성에 의해 발생시키며, 정점에서 23%의 정규화된 증폭을 기록하여 근처 별의 habitable zone에 있는 차가운 행성을 탐지할 수 있다.

ABSTRACT

Context. Gaia DR2 offers unparalleled precision on stars' parallaxes and proper motions. This allows the prediction of microlensing events for which the lens stars (and any planets they possess) are nearby and may be well studied and characterised. Aims. We identify a number of potential microlensing events that will occur before the year 2035.5, 20 years from the Gaia DR2 reference epoch. Methods. We query Gaia DR2 for potential lenses within 100 pc, extract parallaxes and proper motions of the lenses and background sources, and identify potential lensing events. We estimate the lens masses from Priam effective temperatures, and use these to calculate peak magnifications and the size of the Einstein radii relative to the lens stars' habitable zones. Results. We identify 7 future events with a probability > 10% of an alignment within one Einstein radius. Of particular interest is DR2 5918299904067162240 (WISE J175839.20-583931.6), magnitude G = 14.9, which will lens a G = 13.9 background star in early 2030, with a median 23% net magnification. Other pairs are typically fainter, hampering characterisation of the lens (if the lens is faint) or the ability to accurately measure the magnification (if the source is much fainter than the lens). Of timely interest is DR2 4116504399886241792 (2MASS J17392440-2327071), which will lens a background star in July 2020, albeit with weak net magnification (0.03%). Median magnifications for the other 5 high-probability events range from 0.3% to 5.3%. The Einstein radii for these lenses are 1-10 times the radius of the habitable zone, allowing these lensing events to pick out cold planets around the ice line, and filling a gap between transit and current microlensing detections of planets around very low-mass stars. Conclusions. We provide a catalogue of the predicted events to aid future characterisation efforts... [abridged]

연구 동기 및 목표

• Gaia DR2 천문측정 자료를 사용하여 사전에 관측하고 특성화할 수 있는 100 pc 이내의 가까운 렌즈 항성과 관련된 향후 미로렌징 사건을 식별하는 것.
• 현재의 미로렌징 조사가 렌즈 항성에 대한 지식이 부족하고 정렬 확률이 낮으며 원거리이고 흐린 소스를 다루는 데 한계를 가진다는 점을 극복하는 것.
• 높은 천문측정 정밀도를 바탕으로 사전에 렌즈 항성과 그 잠재적 행성계를 특성화할 수 있도록 광학적 미로렌징 사건을 예측하는 것.
• 저질량 항성의 habitable zone에서 차가운 행성을 탐지할 수 있는 사건을 식별하여, 전이 조사와 현재의 미로렌징 조사 사이의 격차를 메우는 것.
• Gaia DR3 출시 이전에 렌즈 질량과 증폭 정도를 개선할 수 있도록 향후 관측 캠페인을 안내할 예측 사건 목록을 제공하는 것.

제안 방법

• 100 pc 이내의 잠재적 렌즈-소스 쌍을 Gaia DR2에서 검색하여, 일식각과 운동량을 사용해 향후 정렬을 예측한다.
• Priam의 유효 온도에서 유도된 렌즈 질량을 사용하여 미로렌징 식을 통해 에이스터인 반경을 계산한다: $\theta_{\mathrm{E}} = \left(\frac{4GM}{D_{\mathrm{rel}}c^2}\right)^{1/2}$.
• 가장 가까운 접근 시의 광선 곡선 행동을 모델링하여 정점 증폭과 정규화된 광학 신호를 추정한다.
• 렌즈가 배경 소스로부터 한 에이스터인 반경 이내로 통과할 가능성을 계산하여 정렬 확률을 평가한다.
• 가용한 5매개변수 천문측정 해법을 사용하고, 저품질 해법(예: 2매개변수 피팅)을 표시하여 신뢰도를 평가한다.
• 감지 가능성과 특성화 가능성을 극대화하기 위해 높은 정규화된 증폭과 유리한 소스-렌즈 밝기 비율을 가진 사건을 우선순위로 정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gaia DR2 천문측정 자료를 사용하여 2035.5년 이전에 100 pc 이내의 가까운 렌즈 항성 중 광학적 미로렌징 사건을 일으킬 것으로 예측되는 것은 무엇인가?
• RQ2 이러한 렌즈 사건들이 한 에이스터인 반경 이내로 정렬될 가능성이 얼마나 되며, 이를 통해 감지 가능한 증폭이 발생할 수 있는가?
• RQ3 이러한 사건들 중에서 가장 높은 정규화된 증폭을 보이며, habitable zone의 차가운 행성을 탐지하기에 가장 유리한 것은 무엇인가?
• RQ4 Gaia DR2의 운동량 및 소스 천문측정의 불확실성이 이러한 예측의 신뢰도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 향후 Gaia DR3 출시로 인해 예측 정확도가 어떻게 향상될 수 있는가?

주요 결과

• 연구는 2035.5년 이내에 0.1 arcsec 이내로 정렬이 예측되는 잠재적 렌즈-소스 쌍 30개를 식별하였으며, 그 중 7개는 한 에이스터인 반경 이내로 통과할 가능성이 10% 초과이다.
• 가장 높은 정규화된 증폭 사건은 DR2 5918299904067162240(즉, WISE J175839.20–583931.6)에서 예측되며, 2030년 초에 정점에서 23%의 증폭을 기록한다.
• 첫 번째 고확률 사건은 2020년 7월에 DR2 4116504399886241792(2MASS J17392440–2327071)에서 발생하지만, 정규화된 증폭이 0.03%에 불과하여 감지하기 어려운 편이다.
• 다른 다섯 개의 고확률 사건의 중앙 증폭 범위는 0.3%에서 5.3% 사이로, 중간 수준이지만 측정 가능한 광학 신호를 제공한다.
• 렌즈의 에이스터인 반경은 0.1에서 0.4 au 사이이며, 이는 기존의 전이 탐지(0.1 au 이하)와 현재의 미로렌징 조사(약 1 au) 사이에서 아직 미처 탐색되지 않은 영역에 있는 행성을 감지할 수 있음을 의미한다.
• Gaia DR3는 빠진 고운동량 항성(현재 약 1/6)을 해결하고, 천문측정을 정밀화하며, 더 차가운 항성의 광학 측정을 향상시켜 렌즈 질량 추정과 정렬 확률을 향상시킬 것으로 기대된다.