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

A. S. Bonomo, Pierre-Yves Chabaud+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用 34

一句话总结

本研究通过在真实光曲线中模拟凌星现象，评估了CoRoT探测短周期轨道上海王星级行星（2–4 R⊕）的能力，发现在明亮恒星（r′ ≤ 14.0）中检测率为59%。尽管具备此能力，CoRoT检测到的海王星数量远低于开普勒任务根据其发生率所预测的数量——实际发现1–6个候选体，而预测值为12±2个，表明可能存在海王星的匮乏，这间接支持了开普勒任务中观察到的小行星频率随轨道周期延长和半径减小而增加的趋势。

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.

研究动机与目标

• 使用真实光曲线评估CoRoT对短周期轨道上海王星级行星（2–4 R⊕）的探测效率。
• 将CoRoT在此尺寸范围内的系外行星候选体数量与基于开普勒数据推导出的发生率进行比较。
• 探究观测到的与预测的海王星探测数量之间的差异是否可能反映出行星发生率估计中的系统性偏差或任务特定限制。
• 评估信噪比（S/N）、仪器噪声和恒星耀斑活动对探测能力的限制作用。
• 确定CoRoT数据中内侧行星海王星的稀缺性是否支持开普勒数据中观察到的趋势：即小行星频率随轨道周期延长和半径减小而增加。

提出的方法

• 在六次长期观测运行的真实CoRoT光曲线中，模拟了超级地球和海王星（2–4 R⊕）的凌星现象。
• 应用马赛天体物理实验室开发的凌星探测流程，对光曲线进行盲搜。
• 计算探测效率随行星半径、轨道周期（P ≤ 20天）和恒星亮度（r′ ≤ 14.0 或 15.5）的变化关系。
• 考虑凌星概率和CoRoT的探测率，预测在G型和K型矮星周围应存在的海王星数量。
• 利用开普勒任务的行星发生率（Howard et al. 2012）估算在CoRoT六次观测运行中应存在的海王星数量（12±2个）。
• 通过考虑从0%到100%的混合分数，评估CoRoT候选体的误报概率（FPP），以评估差异的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 CoRoT对轨道周期≤20天的G型和K型矮星周围海王星级行星（2–4 R⊕）的探测效率如何？
• RQ2 CoRoT实际探测到的海王星候选体数量与基于开普勒行星发生率预测的数量相比如何？
• RQ3 低信噪比（S/N）以及额外的噪声源（仪器或天体物理）在多大程度上限制了CoRoT数据中凌星的探测？
• RQ4 观测到的CoRoT海王星数量不足，是否可能源于对开普勒不确定性估计过低、对CoRoT预测值估计过高，或恒星群体差异所致？
• RQ5 CoRoT数据中内侧行星海王星的稀缺性是否支持开普勒任务中观察到的趋势：即小行星频率随轨道周期延长和半径减小而增加？

主要发现

• 对于r′ = 14.0以内的恒星，CoRoT对轨道周期≤20天的海王星级行星（2–4 R⊕）的探测率为59%；对于r′ ≤ 15.5的恒星，探测率降至31%。
• 大多数被遗漏的行星是由于凌星信号信噪比（S/N）过低所致，即使CoRoT能够探测到相当于CoRoT-7b约1/4 S/N的凌星信号。
• 在某些情况下，即使凌星信号S/N ≥10，也因光曲线未校正的断点或短时标恒星耀斑而被遗漏。
• 基于开普勒发生率，CoRoT在六次观测运行中，应在G型和K型矮星周围探测到12±2颗轨道周期≤17天的海王星。
• 实际在CoRoT数据中仅发现1至6颗海王星级候选体，具体数量取决于假设的误报分数（0%至100%）。
• 观测值与预测值之间的差异表明存在3σ至5σ的显著不一致，暗示CoRoT数据中内侧行星海王星可能存在匮乏，这间接支持了开普勒任务中观察到的趋势：即小行星频率随轨道周期延长和半径减小而增加。