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

Alexander J. Mustill, M. B. Davies+1 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用 6

一句话总结

该论文利用盖亚DR2天体测量数据预测了未来100秒差距内30次光度微引力透镜事件，其中7次事件的对齐概率超过10%（即在1个爱因斯坦半径内对齐），可检测到显著放大。最引人注目的事件是WISE J175839.20–583931.6在2030年初对背景恒星的透镜效应，其峰值净放大率达到23%，可实现对附近恒星适居带内冷行星的探测。

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]

研究动机与目标

• 利用盖亚DR2天体测量数据，提前识别100秒差距内可能被观测和表征的未来微引力透镜事件，其透镜恒星距离较近。
• 克服当前微引力透镜巡天的局限性，这些局限包括缺乏对透镜恒星的了解、对齐概率低以及源星遥远且暗淡。
• 通过高精度天体测量预测光度微引力透镜事件，实现对透镜恒星及其潜在行星系统的预先表征。
• 识别可探测低质量恒星适居带内冷行星的事件，填补凌星法与现有微引力透镜巡天之间的空白。
• 提供预测事件目录，以指导未来观测活动，并在盖亚DR3发布前提升对透镜质量与放大率的估计精度。

提出的方法

• 在盖亚DR2中搜索100秒差距内的潜在透镜-源星对，利用视差和自行预测未来对齐。
• 利用Priam有效温度推导的透镜质量，结合微引力透镜公式计算爱因斯坦半径：$\theta_{\mathrm{E}} = \left(\frac{4GM}{D_{\mathrm{rel}}c^2}\right)^{1/2}$。
• 通过建模最接近接近时的光变曲线行为，估算峰值放大率和净光度信号。
• 通过计算透镜在1个爱因斯坦半径内通过背景源星的概率，评估对齐概率。
• 在可用时使用五参数天体测量解，并标记低质量解（如两参数拟合）以评估可靠性。
• 优先选择净放大率高且源星-透镜亮度比有利的事件，以最大化可检测性和表征潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用盖亚DR2天体测量数据，哪些距离100秒差距内的透镜恒星将在2035.5年之前引发光度微引力透镜事件？
• RQ2 这些透镜事件中，有多少概率会使透镜在1个爱因斯坦半径内对齐，从而产生可检测的放大？
• RQ3 这些事件中，哪些具有最高的净放大率，且最有利于探测适居带内的冷行星？
• RQ4 盖亚DR2自行和源星天体测量的不确定性如何影响这些预测的可靠性？
• RQ5 随着盖亚DR3的发布，事件预测的准确性预计会有何提升？

主要发现

• 该研究识别出30组潜在的透镜-源星对，预测在2035.5年前对齐角距小于0.1角秒，其中7组对齐概率超过10%（即在1个爱因斯坦半径内对齐）。
• 净放大率最高的事件预测为DR2 5918299904067162240（即WISE J175839.20–583931.6），其在2030年初达到23%的峰值放大率。
• 首个高概率事件发生于2020年7月，对应DR2 4116504399886241792（2MASS J17392440–2327071），但净放大率仅为0.03%，检测极具挑战。
• 其余五次高概率事件的中位放大率在0.3%至5.3%之间，表明存在中等但可测量的光度信号。
• 透镜的爱因斯坦半径范围为0.1至0.4天文单位，使探测到的行星位于此前未充分采样的区域——介于凌星法探测的<0.1 AU与当前微引力透镜巡天探测的~1 AU之间。
• 预计盖亚DR3将通过识别当前约六分之一缺失的高自行恒星、改进天体测量精度以及提升对较冷恒星的测光质量，显著改善预测结果，从而提升透镜质量估计与对齐概率的准确性。