[논문 리뷰] Planet Detection Simulations for Several Possible TESS Extended Missions

Luke G. Bouma, Joshua N. Winn외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 Sullivan 등(2015)을 바탕으로 한 몬테카를로 방법을 사용하여, TESS 확장 임무의 세 번째 연도 운영 동안 여섯 가지 잠재적 포인팅 전략에 대한 외계행성 탐지 수확량을 시뮬레이션한다. 결과적으로 행성 탐지율은 안정되어 있으며, 전천구, 극점, 반구+황도 전략이 가장 많은 수의 해왕성 이하 행성과 장주기 행성을 탐지함을 확인하였다. 또한 이전에 관측한 영역을 재관측하면 향후 관측을 위한 궤도 이uar의 정밀도가 향상된다.

ABSTRACT

The Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) will perform a two-year survey of nearly the entire sky, with the main goal of detecting exoplanets smaller than Neptune around bright and nearby stars. There do not appear to be any fundamental obstacles to continuing science operations for at least several years after the two-year Primary Mission. To provide a head start to those who will plan and propose for such a mission, we present simulations of exoplanet detections in a third year of TESS operations. Our goal is to provide a helpful reference for the exoplanet-related aspects of any Extended Mission, while recognizing this will be only one part of a larger community discussion of the scientific goals. We use Monte Carlo simulations to try and anticipate the quantities and types of planets that would be detected in each of 6 plausible scenarios for a one-year Extended Mission following the two-year Primary Mission. We find that: (1) there is no sharp fall-off in the planet discovery rate in the third year; (2) the quantity of newly detected sub-Neptune radius planets does not depend strongly on the schedule of pointings; (3) an important function of an Extended Mission would be improving our ability to predict the times of future transits and occultations of TESS-detected planets.

연구 동기 및 목표

• 주로 두 해 동안의 설문 조사 이후 TESS 확장 임무의 다양한 포인팅 전략이 가지는 외계행성 탐지 잠재력을 평가하기 위해.
• 다양한 하늘 스캔 스케줄이, 특히 해왕성 이하 행성과 장주기 행성의 수와 유형에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 이전에 관측한 영역을 재관측함으로써 향후 관측을 위한 행성의 궤도 이uar 정밀도가 향상되는지 조사하기 위해.
• TESS의 연장 운영을 고려하는 임무 기획자들과 천문학 공동체를 위한 정량적 참고 자료를 제공하기 위해.

제안 방법

• Sullivan 등(2015)의 방법론을 기반으로 한 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하여, 다양한 포인팅 전략 하에서 TESS 관측과 행성 탐지 모델링을 수행하였다.
• ‘탐지된 행성’을 정의하기 위해 최소 두 번의 전행과 단일 전행의 신호 대 잡음비(SNR) > 7.3를 기준으로 하였으며, 반지름이 4R⊕ 이하인 행성에 집중하였다.
• 태양, 달, 지구의 산란광을 포함하는 노이즈 모델을 사용하였으며, 각도 의존성을 억제 함수와 PSF 영향을 통해 기술하였다.
• PSF 열화에 의한 편향을 방지하기 위해 모든 항성들이 TESS CCD의 중심에 위치한다고 가정하여, 다중 관측에서의 SNR 추정을 단순화하였다.
• 별의 등급과 현장 각도에 따라 변하는 광도 모델을 사용하여 신호 대 잡음비를 계산하였으며, 포isson 잡음과 노출 시간에 대한 통합을 수행하였다.
• 여섯 가지 시나리오를 비교: 반구, 극점, 반구+황도, 황도장주기, 황도단주기, 전천구. 각각 다른 천구 커버리지와 시야 방향을 가짐.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R_p < 4R⊕ 인 새로운 외계행성의 수는 TESS 확장 임무의 다양한 포인팅 전략에 따라 어떻게 달라지나?
• RQ2 이전에 관측한 영역을 재관측함으로써 장주기 행성 탐지 및 궤도 이uar 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 어느 포인팅 전략이 해왕성 크기의 행성(R_p ≤ 4R⊕)과 지구 유사 복사량(0.2 < S/S⊕ < 2)을 받는 행성을 최대한으로 탐지하는가?
• RQ4 매우 밝은 주변 항성(I_c < 10)을 가진 별 주위의 행성 탐지에서는 각 전략이 어떻게 비교되는가?
• RQ5 세 번의 전행이 확실한 식별을 위해 필요할 경우, 포인팅 전략의 선택이 행성 탐지에 어떤 정도의 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모든 여섯 가지 시나리오 간에 R_p < 4R⊕ 인 새로운 행성의 수는 30% 미만으로 변동하여, 탐지 수확량이 포인팅 전략에 상대적으로 민감하지 않음을 시사한다.
• 전천구, 극점, 반구+황도 전략이 가장 많은 새로운 해왕성 이하 행성 약 1350~1400개를 탐지하며, 주 임무 기간 동안 연간 약 1250개에 비해 높은 탐지율을 기록한다.
• 이전에 관측한 영역을 재관측함(예: 반구, 반구+황도, 전천구)은 행성의 궤도 이uar 정밀도를 크게 향상시켜 향후 전행 예측의 불확실성을 감소시킨다.
• 궤도 주기가 20일 이상인 행성의 경우, 두 번의 전행으로 충분할 경우 전천구 및 극점 전략이 주 임무 기간의 약 두 배의 행성을 탐지하지만, 세 번의 전행이 필요할 경우 극점 전략은 약 260개, 다른 전략은 약 160개로 감소한다.
• 전천구, 반구+황도, 황도단주기 전략은 I_c < 10 인 별 주위에서 약 190개의 새로운 행성을 탐지하며, 주 임무 기간의 수확량과 일치한다.
• 모든 전략이 약 120개의 새로운 행성을 탐지하며, 지구 유사 복사량(0.2 < S/S⊕ < 2)을 받는 행성은 주 임무 기간의 연간 약 105개보다 略로 높은 탐지율을 기록한다.