[论文解读] NASA ExoPAG Study Analysis Group 11: Preparing for the WFIRST Microlensing Survey

Jennifer C. Yee, Michael D. Albrow+13 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2014

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用 6

一句话总结

本文提出了三项关键的前期准备计划，以最大化韦伯空间望远镜（WFIRST）微引力透镜巡天的科学回报：利用哈勃空间望远镜（HST）进行先导光学成像，以验证天体测量微引力透镜测量结果；开展地面近红外微引力透镜巡天，以校准WFIRST天区的事件率；通过当前的微引力透镜观测发展专业技能。这些举措通过提高系外行星和透镜系统的质量测量精度，特别是对流浪行星和低亮度行星的测量，降低了科学风险。

ABSTRACT

NASA's proposed WFIRST-AFTA mission will discover thousands of exoplanets with separations from the habitable zone out to unbound planets, using the technique of gravitational microlensing. The Study Analysis Group 11 of the NASA Exoplanet Program Analysis Group was convened to explore scientific programs that can be undertaken now, and in the years leading up to WFIRST's launch, in order to maximize the mission's scientific return and to reduce technical and scientific risk. This report presents those findings, which include suggested precursor Hubble Space Telescope observations, a ground-based, NIR microlensing survey, and other programs to develop and deepen community scientific expertise prior to the mission.

研究动机与目标

• 通过验证高精度天体测量微引力透镜测量结果，降低WFIRST微引力透镜巡天的科学风险。
• 通过测量WFIRST天区的近红外微引力透镜事件率，改进行星产出的预测。
• 通过先导观测发展关键技术，用于测量透镜系统的质量，包括流浪行星。
• 利用任务前数据提升WFIRST测光和天体测量处理流程的准确性。
• 支持开发数据处理工具，以应对WFIRST预期产生的大规模微引力透镜数据。

提出的方法

• 在WFIRST天区提前约10年开展单次曝光的HST光学成像，以解析透镜-源分离并测量相对自行速度。
• 利用HST多历元近红外成像，测试WFIRST测光和天体测量处理流程。
• 开展地面近红外微引力透镜巡天，直接测量WFIRST天区的事件率和源源函数。
• 利用现有的卫星视 parallax 任务（斯皮策、开普勒、TESS）以及未来的欧几里得（Euclid）观测，优化质量测量技术。
• 利用WFIRST进行天体测量微引力透镜测量，以确定爱因斯坦环角直径（θ_E）和相对自行速度。
• 举办微引力透镜数据分析挑战赛，以激发应对WFIRST大规模数据集的创新方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 先导HST成像在多大程度上能提高WFIRST天体测量微引力透镜测量的精度？
• RQ2 WFIRST天区的真实近红外微引力透镜事件率是多少？与光学外推结果相比如何？
• RQ3 当前的地面和空间微引力透镜观测在多大程度上能为WFIRST的数据分析和质量测量挑战做好准备？
• RQ4 WFIRST与欧几里得的同步观测能否实现对流浪行星的质量测量？
• RQ5 欧几里得的多波段数据在多大程度上能增强微引力透镜事件的验证并减少误报？

主要发现

• 先导HST成像可解析约20%的未来WFIRST透镜-源对，从而直接测量相对自行速度，并改善θ_E的估计。
• HST多历元近红外成像为WFIRST测光和天体测量处理流程提供了关键测试平台，降低了任务关键软件的风险。
• 地面近红外微引力透镜巡天对于校准事件率和源源函数至关重要，可显著降低WFIRST行星产出预测的不确定性。
• WFIRST与欧几里得的同步观测可使约15%的10 M⊕流浪行星实现质量测量，且对更小行星的测量效率更高。
• 欧几里得的多波段数据可区分微引力透镜与色度天体物理现象，提升事件筛选效率并减少误报。
• 欧几里得对银河系银心区域的早期成像虽无法替代HST先导成像，但通过改善恒星位置和光度函数知识，可增强WFIRST的科学产出。