[论文解读] MOA-2007-BLG-400 A Super-Jupiter Mass Planet Orbiting a Galactic BulgeK-dwarf Revealed by Keck Adaptive Optics Imaging

Aparna Bhattacharya, D. P. Bennett+12 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 100被引用 27

一句话总结

本研究利用凯克望远镜自适应光学成像技术，高分辨率地解析了微引力透镜事件 MOA-2007-BLG-400 中的透镜恒星，揭示了一颗质量为 1.71 ± 0.27 M_Jup 的超级木星行星，其围绕一颗 0.69 ± 0.04 M☉ 的 K 型矮星宿主运行，位于银河系银心方向，距离地球 6.89 ± 0.77 kpc。该发现证实了微引力透镜质量比函数峰值附近的行星-宿主质量比，凸显了宿主恒星质量测量在检验核心吸积模型中的重要性。

ABSTRACT

We present Keck/NIRC2 adaptive optics imaging of planetary microlensing event MOA-2007-BLG-400 that resolves the lens star system from the source. We find that the MOA-2007-BLG-400L planetary system consists of a $1.71\\pm 0.27 M_{\ m Jup}$ planet orbiting a $0.69\\pm 0.04M_{\\odot}$ K-dwarf host star at a distance of $6.89\\pm 0.77\\,$kpc from the Sun. So, this planetary system probably resides in the Galactic bulge. The planet-host star projected separation is only weakly constrained due to the close-wide light curve degeneracy; the 2$\\sigma$ projected separation range is 0.6--$7.2\\,$AU. This host mass is at the top end of the range of masses predicted by a standard Bayesian analysis that assumes that all stars have an equal chance of hosting a star of the observed mass ratio. This and the similar result for event MOA-2013-BLG-220 suggests that more massive stars may be more likely to host planets with a mass ratio in the $0.002 < q < 0.004$ range that orbit beyond the snow line. These results also indicate the importance of host star mass measurements for exoplanets found by microlensing. The microlensing survey imaging data from NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope (formerly WFIRST) mission will be doing mass measurements like this for a huge number of planetary events. This host lens is the highest contrast lens-source detected in microlensing mass measurement analysis (the lens being 10$\ imes$ fainter than the source). We present an improved method of calculating photometry and astrometry uncertainties based on the Jackknife method, which produces more accurate errors that are $\\sim$$2.5 \ imes$ larger than previous estimates.

研究动机与目标

• 测量微引力透镜事件 MOA-2007-BLG-400 中检测到的系外行星的宿主恒星质量，以检验核心吸积理论的预测。
• 利用高对比度自适应光学成像技术，克服微弱的透镜-源星亮度对比度，实现对透镜恒星与源恒星的分辨。
• 采用基于自助法（Jackknife）的方法改进光度与天体测量不确定度的估计，实现更精确的误差传播。
• 评估宿主恒星质量在行星发生率中的作用，特别是对雪线以外的类木行星的影响。
• 通过高对比度成像技术，为南希·格雷丝·罗曼空间望远镜未来对微引力透镜系外行星的质量测量提供支持。

提出的方法

• 对微引力透镜事件 MOA-2007-BLG-400 进行凯克/NIRC2 自适应光学成像，以分辨透镜星与源星。
• 采用改进的自助法重采样方法计算光度与天体测量的不确定度，所得误差约为先前估计值的 2.5 倍。
• 基于 2013 年高信噪比图像（此时透镜-源星分离约为 50 mas）测量透镜-源星分离与流量比。
• 结合天体测量与光度测量结果，确定透镜星相对于源星的亮度与位置。
• 应用贝叶斯分析，结合微引力透镜光变曲线模型，解释宿主恒星质量与行星质量比。
• 通过模拟不同信噪比与曝光次数的图像集，评估未来巡天中对微弱透镜星的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 MOA-2007-BLG-400 行星系统的宿主恒星质量是多少？其与标准贝叶斯分析预测值相比如何？
• RQ2 宿主恒星质量如何影响微引力透镜巡天中行星质量比的分布，特别是对质量比 q ≈ 0.002–0.004 的行星？
• RQ3 高对比度自适应光学成像能否分辨微引力透镜事件中具有高源-透镜流量比（如 10:1）的透镜星？
• RQ4 改进的不确定度估计方法对微引力透镜后续观测中光度与天体测量结果的可靠性有何影响？
• RQ5 未来巡天（如罗曼银河系系外行星巡天）在使用稳定点扩散函数与高时间采样率成像条件下，能在多大程度上探测到具有类似对比度与分离度的透镜星？

主要发现

• MOA-2007-BLG-400 的宿主恒星为 K 型矮星，质量为 0.69 ± 0.04 M☉，距离地球 6.89 ± 0.77 kpc，位于银河系银心区域。
• 该行星质量为 1.71 ± 0.27 M_Jup，属于超级木星行星，轨道位于雪线之外。
• 透镜星比源星暗 10 倍，是迄今微引力透镜质量测量中分辨率最高的对比度系统。
• 投影分离的 2σ 范围为 0.6–7.2 AU，受限于光变曲线中的近-远解歧义性。
• 宿主恒星质量位于标准贝叶斯分析假设等质量先验时预测范围的上限，表明质量更大的恒星可能更倾向于拥有质量比 q ≈ 0.002–0.004 的行星。
• 基于自助法的不确定度估计方法使光度与天体测量误差约为先前估计值的 2.5 倍，提升了测量结果的可靠性。