[논문 리뷰] Expected Yields of Planet discoveries from the TESS primary and extended missions

Chelsea X. Huang, Avi Shporer외 9명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 30.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 10인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 NASA의 TESS 임무에서의 외계행성 수확량을 향상된 광도 노이즈 모델, Gaia DR2 항성 파arameters, 현실적인 대상 선택 및 향상된 기하학적 왜곡 모델을 통합하여 보다 정교한 시뮬레이션을 제시한다. 주 임무 기간 동안 약 10,000颗의 행성을 예측하고, 연장 임무 시나리오에서는 매년 약 2,000개의 추가 행성을 예측하며, F, G, K 항성 주변의 장주기 및 온난한 행성을 최대화하는 데 초점을 맞춘 C3PO 전략을 제안한다.

ABSTRACT

We present a prediction of the transiting exoplanet yield of the TESS primary mission, in order to guide follow-up observations and science projects utilizing TESS discoveries. Our new simulations differ from previous work by using (1) an updated photometric noise model that accounts for the nominal pointing jitter estimated through simulation prior to launch, (2) improved stellar parameters based on Gaia mission Data Release 2, (3) improved empirically-based simulation of multi-planet systems, (4) a realistic method of selecting targets for 2-minute exposures, and (5) a more realistic geometric distortion model to determine the sky region that falls on TESS CCDs. We also present simulations of the planet yield for three suggested observing strategies of the TESS extended mission. We report ~$10^4$ planets to be discovered by the TESS primary mission, as well as an additional $\sim 2000$ planets for each year of the three extended mission scenarios we explored. We predict that in the primary mission, TESS will discover about 3500 planets with Neptune size and smaller, half of which will orbit stars with TESS magnitudes brighter than 12. Specifically, we proposed a new extended mission scenario that centers Camera 3 on the ecliptic pole (C3PO), which will yield more long period planets as well as moderately irradiated planets that orbit F, G, and K stars.

연구 동기 및 목표

• TESS 주 임무 및 연장 임무 동안의 전이 행성 탐지에 대한 현실적인 예측을 제공하여 후속 관측을 안내하기 위해.
• 기존 시뮬레이션을 향상시키기 위해 최신 광도 노이즈 모델, Gaia DR2 항성 파arameters, 그리고 2분 간격 촬영에 적합한 현실적인 대상 선택을 통합하기 위해.
• 새로운 C3PO 구성으로 중심이 천구의 황도극에 위치하는 것과 같은 다양한 연장 임무 관측 전략을 평가하기 위해.
• 정확한 질량, 반지름 및 주변 항성 특성 분석을 통해 행성 수확량을 추정함으로써 후속 캠프이그닝 계획을 향상시키기 위해.
• 밝은 항성 주변의 소형 행성과 F, G, K 항성 주변의 장주기 행성을 포함한 핵심 인구를 식별하기 위해.

제안 방법

• 기본 포인팅 저항으로부터 사전 시뮬레이션을 기반으로 한 최신 광도 노이즈 모델을 활용해 TESS 행성 탐지 시뮬레이션을 수행한다.
• 효율 온도, 반지름, 표면 중력도를 포함한 Gaia 데이터 릴리스 2(DR2)에서 제공하는 향상된 항성 파arameters를 통합한다.
• 관측된 구조와 전이 확률을 반영하기 위해 경험적 기반의 다중행성 시스템 모델링을 적용한다.
• 밝고 안정적인 항성을 우선시하는 2분 간격 관측에 적합한 현실적인 대상 선택 알고리즘을 적용한다.
• 모든 네 대의 카메라에서 TESS CCD가 촬영하는 하늘 영역을 정확하게 매핑하기 위해 개선된 기하학적 왜곡 모델을 사용한다.
• 세 가지의 연장 임무 시나리오를 평가하며, 특히 카메라 3을 황도극에 중심으로 둔 새로운 C3PO 전략을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최신 기기 및 항성 모델링을 반영할 경우, TESS의 이중년 주 임무 기간 동안 전이 행성은 얼마나 탐지될 것인가?
• RQ2 TESS 등급 < 12인 항성 주변에서 소형 행성(해왕성 크기 이하)의 예상 수확량은 얼마인가?
• RQ3 C3PO 연장 임무 전략은 장주기 및 온난한 행성을 탐지하는 데 다른 관측 전략과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ4 TESS로 발견된 행성 중 정밀 질량 측정을 위해 다이어럴 속도 후속 관측에 적합한 비율은 얼마인가?
• RQ5 Gaia DR2에서 향상된 항성 파arameters는 TESS 데이터에서 행성 반지름 및 밀도 추정의 정확도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• TESS 주 임무 기간 동안 약 10,000개의 전이 외계행성이 탐지될 것으로 예측되며, 이 중 약 3,500개는 해왕성 크기 이하의 소형 행성이다.
• 소형 행성의 약 절반(1,750개)이 TESS 등급 12 이하의 밝은 항성 주위를 도는 것으로 예측되어 고정밀 후속 특성 분석이 가능할 것이다.
• 연장 임무의 매년 약 2,000개의 추가 행성이 관측 전략에 따라 예측된다.
• 카메라 3을 황도극에 중심으로 둔 새로운 C3PO 연장 임무 시나리오는 F, G, K 항성 주변의 장주기 및 중간 수준의 복사 에너지 수혜를 받는 행성 탐지의 최적화를 기대할 수 있다.
• 몇 백 개의 TESS 행성은 평형 온도 < 10인 항성 주위를 도는 것으로 예측되며, 이는 느리게 회전하고 안정적인 항성에서 정밀 질량 측정이 가능할 수 있음을 시사한다.
• 모델링 결과, Gaia와 분광학적 제약 조건을 종합적으로 적용할 경우 일반적인 소형 행성의 반지름 불확도가 5% 이내로 향상될 것으로 예측된다.