[论文解读] KMT-2021-BLG-0322: Severe degeneracy between triple-lens and higher-order binary-lens interpretations

Cheongho Han, Andrew Gould+47 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 57被引用 6

一句话总结

本研究调查了微透镜事件 KMT-2021-BLG-0322，其表现出复杂的焦散交叉特征。光变曲线可较好地由双星透镜（2L1S）模型拟合，但存在显著残差，表明可能存在更高阶效应（微透镜视 parallax 和轨道运动）或一个具有低质量伴星的三重透镜（3L1S）系统。此前在 MACHO-97-BLG-41 和 OGLE-2013-BLG-0723 事件中也观察到过此类解释之间的严重退化现象，仅凭测光数据无法区分真实物理构型，凸显了未来分析中必须同时检验两种模型的迫切需求。

ABSTRACT

We investigate the microlensing event KMT-2021-BLG-0322, for which the light curve exhibits three distinctive sets of caustic-crossing features. It is found that the overall features of the light curve are approximately described by a binary-lens (2L1S) model, but the model leaves substantial residuals. We test various interpretations with the aim of explaining the residuals. We find that the residuals can be explained either by considering a nonrectilinear lens-source motion caused by the microlens-parallax and lens-orbital effects or by adding a low-mass companion to the binary lens (3L1S model). The degeneracy between the higher-order 2L1S model and the 3L1S model is very severe, making it difficult to single out a correct solution based on the photometric data. This degeneracy was known before for two previous events (MACHO-97-BLG-41 and OGLE-2013-BLG-0723), which led to the false detections of planets in binary systems, and thus the identification of the degeneracy for KMT-2021-BLG-0322 illustrates that the degeneracy can be not only common but also very severe, emphasizing the need to check both interpretations of deviations from 2L1S models. From the Bayesian analysis conducted with the measured lensing observables of the event timescale, angular Einstein radius, and microlens parallax, it was estimated that the binary lens components have masses $(M_1, M_2) =(0.62^{+0.25}_{-0.26}~M_\odot,0.07^{+0.03}_{-0.03}~M_\odot)$, for both 2L1S and 3L1S solutions, and the mass of the tertiary lens component according to the 3L1S solution is $M_3=6.40^{+2.64}_{-2.78}~M_{ m J}$.

研究动机与目标

• 调查 KMT-2021-BLG-0322 微透镜光变曲线中未解释残差的起源，该事件表现出三个明显的焦散交叉特征。
• 检验残差是否源于双星透镜系统中的更高阶效应（如微透镜视 parallax 和透镜轨道运动），或源于具有低质量第三星成分的真实三重透镜系统。
• 评估 2L1S 与 3L1S 解释之间退化现象的严重程度，鉴于此类退化此前曾导致两次先前事件中出现错误的行星探测结果。
• 使用测量的引力透镜可观测量（ timescale, 角度爱因斯坦半径, 微透镜视 parallax ）进行贝叶斯推断，以估计两种模型下透镜系统的物理参数。

提出的方法

• 对 KMT-2021-BLG-0322 光变曲线进行详细的测光建模，以识别与标准 2L1S 模型的偏差。
• 使用更高阶 2L1S 模型检验残差是否源于微透镜视 parallax 和透镜轨道运动引起的非直线透镜-源相对运动。
• 同时使用具有低质量第三透镜成分的 3L1S 模型对光变曲线进行建模，以解释残差。
• 基于银河系模型（Han & Gould 2003；Han & Gould 1995；Zhang et al. 2020）进行 6×10⁶ 次人工引力透镜事件的蒙特卡洛模拟，执行贝叶斯分析，以推导透镜质量与距离的后验分布。
• 使用关系式 tE = DLθE/v⊥, θE = (κMπrel)¹ᐟ², 和 πE = πrelθE 计算引力透镜可观测量并约束物理参数。
• 比较 2L1S 与 3L1S 解释下透镜质量与距离的后验分布，以评估模型退化程度并检验与观测的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 KMT-2021-BLG-0322 光变曲线中的残差是否可由双星透镜系统中的更高阶效应（如微透镜视 parallax 和透镜轨道运动）解释？
• RQ2 观测到的光变曲线是否更可能由具有低质量第三星成分的真实三重透镜系统解释？
• RQ3 该事件中 2L1S 与 3L1S 解释之间的退化现象有多严重？是否与先前错误行星探测中观察到的退化现象相似？
• RQ4 在 2L1S 与 3L1S 模型下，透镜系统的物理参数（质量、距离）是什么？两者之间有何差异？

主要发现

• 2L1S 模型在 KMT-2021-BLG-0322 的光变曲线上留下显著残差，表明需要更复杂的解释。
• 残差可由更高阶 2L1S 效应（微透镜视 parallax 和透镜轨道运动）或具有第三透镜成分的 3L1S 模型同样良好地解释。
• 2L1S 与 3L1S 解释之间的退化现象极为严重，仅凭测光数据无法区分真实构型。
• 贝叶斯分析对两种模型得出的透镜质量一致：双星成分的质量分别为 M1 = 0.62⁺⁰.²⁵₋₀.²⁶ M⊙ 和 M2 = 0.07⁺⁰.⁰³₋₀.⁰³ M⊙。
• 对于 3L1S 解，第三透镜成分的质量为 M3 = 6.40⁺².⁶⁴₋².⁷⁸ MJ，处于行星质量范围。
• 透镜系统距离地球 DL = 6.6⁺⁰.⁹₋₁.¹ kpc，2L1S 与 3L1S 解的后验分布对质量和距离的估计几乎完全一致。