[论文解读] Expected Yields of Planet discoveries from the TESS primary and extended missions

Chelsea X. Huang, Avi Shporer+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 10被引用 31

一句话总结

本文提出了对NASA TESS任务系外行星探测结果的精细化模拟，整合了更新的光度噪声模型、Gaia DR2恒星参数、真实的观测目标选择策略以及改进的几何畸变建模。该模拟预测在主任务期间将发现约10,000颗系外行星，在延长任务中每年额外发现约2,000颗行星，并提出C3PO观测策略以最大化探测F、G和K型恒星周围长周期与宜居带行星。

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.

研究动机与目标

• 为TESS主任务和延长任务期间凌星系外行星的探测结果提供现实可行的预测，以指导后续观测。
• 在先前模拟的基础上进行改进，整合了更新的光度噪声模型、Gaia DR2恒星参数，以及针对2分钟采样率的现实目标选择策略。
• 评估多种延长任务观测策略，包括一种新颖的C3PO配置，其以天赤道极点为中心。
• 通过准确估算行星质量、半径及恒星宿主参数，提升后续观测活动的规划能力。
• 识别关键天体群体，如明亮恒星周围的类海王星级小行星，以及F、G和K型恒星周围的长周期行星。

提出的方法

• 利用更新的光度噪声模型模拟TESS系外行星探测，该模型考虑了发射前仿真中典型的指向抖动。
• 整合了来自Gaia数据发布2（DR2）的改进恒星参数，包括有效温度、半径和表面重力。
• 采用基于实测数据的多行星系统建模方法，以反映实际观测到的系统结构和凌星概率。
• 针对2分钟采样率观测，应用了真实的观测目标选择算法，优先选择明亮且稳定的恒星。
• 使用改进的几何畸变模型，精确映射TESS四个相机中CCD捕获的天区。
• 评估了三种延长任务情景，包括一种新的C3PO策略，将相机3对准天赤道极点，以最大化长周期行星的探测效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在整合了更新的仪器与恒星建模的前提下，TESS在两年主任务期间预计会探测到多少颗凌星系外行星？
• RQ2 在TESS视星等小于12的恒星周围，预计会发现多少颗小行星（海王星级或更小）？
• RQ3 与其它观测策略相比，C3PO延长任务策略在探测长周期和宜居带行星方面表现如何？
• RQ4 预计有多少比例的TESS发现的系外行星适合通过径向速度后续观测实现精确质量测量？
• RQ5 来自Gaia DR2的改进恒星参数将如何提升TESS数据中行星半径与密度估算的准确性？

主要发现

• TESS主任务预计探测到约10,000颗凌星系外行星，其中约3,500颗为海王星级或更小的行星。
• 约一半的小行星（1,750颗）将围绕TESS视星等大于12的恒星运行，从而支持高精度后续表征。
• 延长任务每年预计额外探测约2,000颗行星，具体数量取决于观测策略。
• 所提出的C3PO延长任务情景，即将相机3对准天赤道极点，预计能最大化探测F、G和K型恒星周围长周期与中等辐照度的行星。
• 预计有数百颗TESS发现的行星将围绕平衡温度低于100 K的恒星运行，为自转缓慢、活动平静的恒星提供精确质量测量的可能性。
• 模拟预测，典型小行星的半径不确定性将优于5%，得益于Gaia与光谱约束的联合效应。