[论文解读] Transiting Planets with LSST IV: Detecting Planets around White Dwarfs

Michael B. Lund, Joshua Pepper+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用 6

一句话总结

本文表明，大型综合巡天望远镜（LSST）可利用Tingley（2011）提出的改进型凌星检测算法，探测白矮星周围短周期轨道上的类地行星。尽管LSST在银河系平面区域的观测频次较低，模拟结果表明，在每颗白矮星0.25颗的出现率下，仍可探测到超过500颗此类行星，约占样本中可探测凌星行星的20%。

ABSTRACT

Previous work has demonstrated that the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) has the capability to detect transiting planets around main sequence stars in relatively short ($

研究动机与目标

• 评估LSST探测白矮星周围凌星类地行星的能力。
• 解决银河系平面区域观测频次低及凌星持续时间短带来的挑战。
• 评估Tingley（2011）提出的高灵敏度凌星检测算法在白矮星系统中的有效性。
• 在真实的LSST观测策略和白矮星天体模型下，估算可探测凌星行星的产出量。

提出的方法

• 利用LSST OpSim数据和方盒形凌星模型，为180万名白矮星模拟光变曲线。
• 应用Tingley（2011）算法检测极端测光异常中的周期性信号，该算法针对高信噪比凌星进行了优化。
• 采用对数均匀周期分布（0.15–10天）和类地行星半径，以模拟真实的凌星深度。
• 考虑LSST的可变观测频次，银河系平面区域每颗恒星仅约300次观测，影响探测效率。
• 基于白矮星视星等和望远镜孔径（0.4米和1米），利用LCO网络数据建模测光误差。
• 以三次凌星作为探测阈值，限制探测概率，因白矮星光变深度较高。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管在银河系平面区域观测频次较低，LSST能否探测到白矮星周围短周期轨道上的类地行星？
• RQ2 Tingley（2011）算法在探测白矮星周围高信噪比、短时长凌星方面效果如何？
• RQ3 在真实的LSST观测策略下，白矮星周围可探测凌星行星的预期产出量是多少？
• RQ4 银河系平面区域的低观测频次如何影响对近轨道凌星行星的探测效率？
• RQ5 LSST能恢复多少比例的真实近轨道类地行星群体？

主要发现

• 在每颗白矮星0.25颗的出现率下，LSST可探测到超过500颗类地行星，约占样本中可探测凌星行星的20%。
• 若出现率提高至每颗白矮星1颗行星，LSST可恢复超过2,000颗行星，但仍仅为总群体的少数部分。
• 探测产出量严重偏向于银河系平面以外的白矮星，因为97%的已恢复行星仅来自初始白矮星群体的60%。
• 银河系平面区域的低观测频次（每颗恒星约300次观测）显著降低了探测效率，限制了LSST在该区域发现白矮星的能力。
• 由于白矮星光变深度高，仅需少数测光点即可探测到凌星，即使采样稀疏也能实现探测。
• Tingley（2011）算法在探测高信噪比、短时长凌星方面极为有效，因此非常适用于白矮星系系外行星搜索。