[논문 리뷰] EUCLID : Dark Universe Probe and Microlensing planet Hunter

Jean‐Philippe Beaulieu, D. P. Bennett외 11명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 19.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 27

한 줄 요약

EUCLID는 1.2m 망원경을 장비한 우주 기반 마이크로렌즈 설문을 통해 암흑 에너지를 탐구하고 탐지 가능한 태양계 외 간행성의 종합적 인벤토리 작성을 목표로 한다. 중력 렌즈 효과를 활용하여 궤도 간격 ≥0.5 AU에서 지구 질량의 행성과 화성 질량까지의 자유로운 행성까지 감지할 수 있으며, 은하 전체의 행성계에 대한 통계적으로 완전한 설문 조사가 가능하다.

ABSTRACT

There is a remarkable synergy between requirements for Dark Energy probes by cosmic shear measurements and planet hunting by microlensing. Employing weak and strong gravitational lensing to trace and detect the distribution of matter on cosmic and Galactic scales, but as well as to the very small scales of exoplanets is a unique meeting point from cosmology to exoplanets. It will use gravity as the tool to explore the full range of masses not accessible by any other means. EUCLID is a 1.2m telescope with optical and IR wide field imagers and slitless spectroscopy, proposed to ESA Cosmic Vision to probe for Dark Energy, Baryonic acoustic oscillation, galaxy evolution, and an exoplanet hunt via microlensing. A 3 months microlensing program will already efficiently probe for planets down to the mass of Mars at the snow line, for free floating terrestrial or gaseous planets and habitable super Earth. A 12+ months survey would give a census on habitable Earth planets around solar like stars. This is the perfect complement to the statistics that will be provided by the KEPLER satellite, and these missions combined will provide a full census of extrasolar planets from hot, warm, habitable, frozen to free floating.

연구 동기 및 목표

• 은하 전체에 걸쳐 지구 질량과 자유로운 행성까지 포함된 태양계 외 간행성의 통계적으로 완전한 인벤토리 작성을 수행한다.
• 우주 시각 및 약한 렌즈 효과를 이용해 암흑 에너지를 탐구하고, 질량 밀도 파동의 주기적 변동을 측정한다.
• 다양한 궤도 및 주성주 환경에서 행성 형성과 이동을 조사하기 위해 다양한 환경에서의 행성을 설문 조사한다.
• 지구 기반의 반지름 속도 설문 조사와 Kepler 임무를 보완하기 위해 기존에 탐색되지 않은 행성 매개변수 공간의 영역을 접근한다.
• 태양형 항성 주위의 적응 가능한 궤도의 초지구형 행성과 지구 질량의 행성 빈도와 특성을 규명한다.

제안 방법

• 수천만 개의 별을 모니터링하기 위해 광역 영역의 광학 및 적외선 이미징 장치와 슬릿리스 스펙트로스코피를 갖춘 1.2m 우주 망원경을 활용해 마이크로렌즈 사건을 탐지한다.
• 마이크로렌즈 광선 곡선의 변형을 통해 행성 신호를 감지하며, 변형 지속 시간은 행성 질량의 제곱근에 비례한다.
• 우주에서의 고각 해상도와 안정된 점원형 함수를 통해 렌즈 소스를 해상하고 행성 및 항성 매개변수를 정밀하게 측정한다.
• 3개월간의 마이크로렌즈 설문 조사를 통해 눈선 이외의 영역에서 화성 질량까지의 행성과 자유로운 지구형 행성을 탐지한다.
• 12개월 이상의 관측을 통해 태양형 항성 주위의 적응 가능한 지구 질량의 행성에 대한 감도를 확보한다.
• 마이크로렌즈 데이터를 천체측위 및 광도 측정과 융합하여 탐지된 행성의 정밀한 질량과 궤도 매개변수를 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양형 항성 주위에서 적응 가능한 궤도의 지구 질량의 행성 빈도는 얼마이며, 주성주 유형에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ2 은하 내에서 자유로운 지구형 및 기체 거대 행성은 얼마나 흔한가, 질량 분포는 어떠한가?
• RQ3 특히 눈선 이외의 영역에서 은하 중심부의 행성 질량과 궤도 간격의 통계적 분포는 어떠한가?
• RQ4 마이크로렌즈로 탐지된 외계 행성의 특성은 반지름 속도 및 전이 방법으로 발견된 것과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 우주 기반 마이크로렌즈가 저질량 행성과 자유로운 물체를 포함한 행성계의 완전한 인벤토리 작성을 얼마나 잘 수행할 수 있는가?

주요 결과

• 3개월간의 EUCLID 마이크로렌즈 설문 조사는 눈선에서 화성 질량까지의 행성과 자유로운 지구형 행성을 탐지할 수 있다.
• 12개월 이상의 설문 조사는 태양형 항성 주위를 도는 적응 가능한 지구 질량의 행성에 대한 감도를 확보하여 통계적으로 완전한 인벤토리 작성을 가능하게 한다.
• 우주 기반 마이크로렌즈 설문 조사는 지구 질량의 행성이 궤도 간격 ≥0.5 AU에서 감지 가능하며, 이는 지구 기반 설문 조사로는 접근할 수 없는 영역이다.
• 모든 주성주 유형(예: M형 항성, 백색왜성, 밀도 높은 천체 등)에 대해 균일한 감도를 확보한다.
• 우주에서의 마이크로렌즈는 고각 해상도와 안정된 점원형 함수 덕분에 행성 및 항성 매개변수를 정밀하게 결정할 수 있다.
• Kepler와 지구 기반 설문 조사와 융합할 경우, EUCLID는 핫 줌프부터 자유로운 지구 질량의 행성에 이르기까지 태양계 외 간행성의 완전한 통계적 인벤토리 작성을 가능하게 한다.