[论文解读] EUCLID : Dark Universe Probe and Microlensing planet Hunter

Jean‐Philippe Beaulieu, D. P. Bennett+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2010

Astronomy and Astrophysical Research被引用 27

一句话总结

EUCLID 提出一项基于空间的微引力透镜巡天，使用一台1.2米望远镜，结合光学与红外成像，以探测暗能量并全面统计系外行星。通过利用引力透镜效应，该任务可探测到轨道半长轴≥0.5 AU的类地质量行星以及质量低至火星质量的自由漂浮行星，从而完成对银河系内行星系统的统计完整性普查。

ABSTRACT

There is a remarkable synergy between requirements for Dark Energy probes by cosmic shear measurements and planet hunting by microlensing. Employing weak and strong gravitational lensing to trace and detect the distribution of matter on cosmic and Galactic scales, but as well as to the very small scales of exoplanets is a unique meeting point from cosmology to exoplanets. It will use gravity as the tool to explore the full range of masses not accessible by any other means. EUCLID is a 1.2m telescope with optical and IR wide field imagers and slitless spectroscopy, proposed to ESA Cosmic Vision to probe for Dark Energy, Baryonic acoustic oscillation, galaxy evolution, and an exoplanet hunt via microlensing. A 3 months microlensing program will already efficiently probe for planets down to the mass of Mars at the snow line, for free floating terrestrial or gaseous planets and habitable super Earth. A 12+ months survey would give a census on habitable Earth planets around solar like stars. This is the perfect complement to the statistics that will be provided by the KEPLER satellite, and these missions combined will provide a full census of extrasolar planets from hot, warm, habitable, frozen to free floating.

研究动机与目标

• 对银河系内所有系外行星进行统计完整性普查，包括类地质量和自由漂浮行星。
• 利用宇宙剪切和弱引力透镜效应探测暗能量并测量重子声学振荡。
• 通过在不同轨道和恒星环境下的行星巡天，研究行星形成与迁移过程。
• 通过探测行星参数空间中尚未被探索的区域，补充开普勒任务和地面系径向速度巡天的不足。
• 确定围绕类太阳恒星的宜居带超级类地行星和类地质量行星的频率及其特性。

提出的方法

• 利用一台配备大视场光学与红外成像仪及无狭缝光谱仪的1.2米空间望远镜，对数百万颗恒星进行微引力透镜事件监测。
• 通过微引力透镜光变曲线中的扰动来探测行星信号，其中扰动持续时间与行星质量的平方根成正比。
• 在太空中实现高角分辨率和稳定的点扩散函数，以解析透镜源并精确测量行星与恒星参数。
• 开展为期3个月的微引力透镜巡天，探测质量低至火星质量的雪线处行星及自由漂浮的类地行星。
• 将观测时间延长至12个月以上，以实现对围绕类太阳恒星运行的宜居带类地质量行星的探测灵敏度。
• 结合微引力透镜数据与天体测量及光度测量结果，精确推导出所探测行星的质量与轨道参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 类太阳恒星的宜居带中，类地质量行星的频率是多少？其频率如何随宿主恒星类型变化？
• RQ2 银河系中自由漂浮的类地行星与气态巨行星的普遍程度如何？其质量分布特征是什么？
• RQ3 在银河系银心区域，特别是雪线以外区域，行星质量与轨道半长轴的统计分布如何？
• RQ4 通过微引力透镜探测到的系外行星特性，与径向速度法和凌星法发现的系外行星相比有何异同？
• RQ5 空间微引力透镜方法在多大程度上能够实现对行星系统的完整普查，包括低质量行星与自由漂浮天体？

主要发现

• 为期3个月的EUCLID微引力透镜巡天可探测到雪线处质量低至火星的行星及自由漂浮的类地行星。
• 持续12个月以上的巡天将具备探测围绕类太阳恒星运行的宜居带类地质量行星的灵敏度，从而实现统计完整性普查。
• 空间微引力透镜方法可探测到轨道半长轴≥0.5 AU的类地质量行星，这一区域是地面巡天无法覆盖的。
• 该方法对所有宿主恒星类型（包括M型矮星、白矮星及致密天体）均保持均匀的探测灵敏度。
• 由于空间中高角分辨率和稳定的点扩散函数，微引力透镜可精确测定行星与恒星参数。
• 结合开普勒任务与地面巡天，EUCLID将实现从热木星到自由漂浮类地质量行星的系外行星全统计普查。