[논문 리뷰] Detection of Neptune-size planetary candidates with CoRoT data. Comparison with the planet occurrence rate derived from Kepler

A. S. Bonomo, Pierre-Yves Chabaud외 11명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 48인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 실제 광도 곡선에서의 전행을 시뮬레이션하여 CoRoT가 짧은 궤도 주기에서 수성 크기의 행성(2–4 R⊕)을 탐지할 능력을 평가한다. 밝은 항성( r′ ≤ 14.0)의 경우 59%의 탐지율을 기록한다. 이와 비슷한 능력에도 불구하고, CoRoT는 Kepler의 발생률을 바탕으로 예측된 것보다 훨씬 적은 수의 수성 크기의 행성을 탐지했다—예측된 12±2개 대비 실제로 1–6개의 후보자만 발견됨. 이는 잠재적인 부족 현상일 수 있으며, Kepler에서 관측된 궤도 주기가 길수록 작고 작은 반지름의 행성 빈도가 증가하는 경향을 간접적으로 지지할 수 있다.

ABSTRACT

[Abridged] Context. The CoRoT space mission has been searching for transiting planets since the end of December 2006. Aims. We aim to investigate the capability of CoRoT to detect small-size transiting planets in short-period orbits, and to compare the number of CoRoT planets with 2 \leq R_p \leq 4 Rearth with the occurrence rate of small-size planets provided by the distribution of Kepler planetary candidates (Howard et al. 2012). Methods. We performed a test that simulates transits of super-Earths and Neptunes in real CoRoT light curves and searches for them blindly by using the LAM transit detection pipeline. Results. The CoRoT detection rate of planets with radius between 2 and 4 Rearth and orbital period P \leq 20 days is 59% (31%) around stars brighter than r'=14.0 (15.5). By properly taking the CoRoT detection rate for Neptune-size planets and the transit probability into account, we found that according to the Kepler planet occurrence rate, CoRoT should have discovered 12 \pm 2 Neptunes orbiting G and K dwarfs with P \leq 17 days in six observational runs. This estimate must be compared with the validated Neptune CoRoT-24b and five CoRoT planetary candidates in the considered range of planetary radii. We thus found a disagreement with expectations from Kepler at 3 σor 5 σ, assuming a blend fraction of 0% (six Neptunes) and 100% (one Neptune) for these candidates. Conclusions. This underabundance of CoRoT Neptunes with respect to Kepler may be due to several reasons. Regardless of the origin of the disagreement, which needs to be investigated in more detail, the noticeable deficiency of CoRoT Neptunes at short orbital periods seems to indirectly support the general trend found in Kepler data, i.e. that the frequency of small-size planets increases with increasing orbital periods and decreasing planet radii.

연구 동기 및 목표

• 실제 광도 곡선을 사용하여 CoRoT가 짧은 궤도 주기에서 수성 크기의 행성(2–4 R⊕)을 탐지할 수 있는 능력을 평가하기 위해.
• 이 크기 범위에서 CoRoT가 탐지한 행성 후보자의 수를 Kepler 데이터에서 유도된 발생률과 비교하기 위해.
• 관측된 수와 예측된 수의 격차가 행성 발생률 추정치의 체계적 편향 또는 미션 특화 제약 조건 때문일 수 있는지를 조사하기 위해.
• 신호 대 잡음 비율(S/N), 기구적 잡음, 항성의 변동성 등이 탐지 가능성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• CoRoT 데이터에서 근궤도 수성 크기의 행성이 부족한 현상이 Kepler 데이터에서 관측된 경향—즉, 궤도 주기가 길수록 작고 작은 반지름의 행성 빈도가 증가하는 경향—을 지지하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 여섯 개의 장기 관측 런에서 실제 CoRoT 광도 곡선에 초거대 지구 및 수성 크기의 천체(2–4 R⊕)의 전행을 시뮬레이션하였다.
• 마르세유 천체물리학연구소에서 개발한 전행 탐지 파이프라인을 사용하여 전면적인 탐지 작업을 수행하였다.
• 행성 반지름, 궤도 주기(P ≤ 20일), 항성 밝기(r′ ≤ 14.0 또는 15.5)에 따라 탐지 효율을 계산하였다.
• 전행 확률과 CoRoT의 탐지율을 고려하여 G형 및 K형 주계열 항성 주위의 예상 수성 크기의 행성 수를 추정하였다.
• Kepler의 행성 발생률(Howard 등 2012)을 사용하여 CoRoT의 여섯 런에서 예상되는 수성 크기의 행성 수(12±2개)를 추정하였다.
• 관측된 후보자들의 가짜 양성 확률(FPP)을 0%에서 100%까지의 혼합 비율을 고려하여 격차에 대한 불확실성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 G형 및 K형 주계열 항성 주위에서 궤도 주기가 ≤20일인 수성 크기의 행성(2–4 R⊕)에 대해 CoRoT의 탐지 효율은 얼마인가요?
• RQ2 CoRoT에서 탐지된 수성 크기의 행성 후보자 수는 Kepler의 행성 발생률에 기반한 예측 수와 비교해 어떻게 되나요?
• RQ3 낮은 신호 대 잡음 비율(S/N)과 추가적인 잡음 원천(기구적 또는 천체물리적)이 CoRoT 데이터에서 전행 탐지에 얼마나 제한적인가요?
• RQ4 CoRoT에서 관측된 수성 크기의 행성 부족 현상은 Kepler의 불확실성 과소평가, CoRoT의 예측 과대평가, 또는 항성 집단의 차이 때문일 수 있나요?
• RQ5 CoRoT 데이터에서 근궤도 수성 크기의 행성이 부족한 현상은 Kepler에서 관측된 경향—즉, 궤도 주기가 길수록 작고 작은 반지름의 행성 빈도가 증가하는 경향—을 지지합니까?

주요 결과

• CoRoT에서 궤도 주기가 20일 이내인 수성 크기의 행성(2–4 R⊕)에 대한 탐지율은 r′ = 14.0 이하의 밝은 항성에서는 59%, r′ ≤ 15.5인 항성에서는 31%이다.
• 대부분의 놓친 행성들은 CoRoT가 CoRoT-7b의 약 1/4 수준의 S/N조차도 탐지할 수 있음에도 불구하고, 낮은 전행 S/N 비율 때문에 탐지되지 않았다.
• 어떤 경우에서는 고 S/N(≥10)을 가진 전행조차도 보정되지 않은 광도 곡선의 단절이나 일시적인 항성 변동성로 인해 놓친 바 있다.
• Kepler의 발생률에 기반해 CoRoT는 여섯 관측 런 동안 G형 및 K형 주계열 항성 주위에서 궤도 주기가 17일 이내인 12±2개의 수성 크기의 행성을 탐지해야 했다.
• 실제로 CoRoT 데이터에서는 가짜 양성 비율(0%에서 100%까지)에 따라 1~6개의 수성 크기 후보자가 발견되었다.
• 관측된 수와 예측된 수의 격차는 3σ에서 5σ의 불일치를 암시하며, 이는 CoRoT 데이터에서 근궤도 수성 크기의 행성이 실제로 부족할 가능성이 있음을 시사하며, 이는 Kepler에서 관측된 궤도 주기가 길수록 작고 작은 반지름의 행성 빈도가 증가하는 경향을 간접적으로 지지한다.