[论文解读] Unique Science from a Coordinated LSST-WFIRST Survey of the Galactic Bulge

R. A. Street, Michael B. Lund+20 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2018

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

本文提出通过LSST对协调深钻场（DDF）进行观测，以联合观测WFIRST银河系银心区域的微引力透镜巡天，利用两台望远镜之间的视 parallax 差异，实现对短 timescale 微引力透镜事件（尤其是流浪行星）物理参数的精确测量。这种协同效应可实现完整的光变曲线重建，并改善对透镜质量、距离和运动学的约束，克服单一任务数据的局限性。

ABSTRACT

NASA's WFIRST mission will perform a wide-field, NIR survey of the Galactic Bulge to search for exoplanets via the microlensing techniques. As the mission is due to launch in the mid-2020s, around half-way through the LSST Main Survey, we have a unique opportunity to explore synergistic science from two landmark programs. LSST can survey the entire footprint of the WFIRST microlensing survey in a single Deep Drilling Field. Here we explore the great scientific potential of this proposal and recommend the most effective observing strategies.

研究动机与目标

• 利用LSST的光学巡天能力，完成并增强WFIRST对银河系银心区域的近红外微引力透镜巡天。
• 通过在WFIRST季节性观测间隙期间提供连续的光学监测，克服其观测周期内光变曲线不完整的问题。
• 通过LSST与WFIRST基线差异，实现对短 timescale 微引力透镜事件（tE ≤ 30天）的精确视 parallax 测量，这是WFIRST单独无法解决的问题。
• 通过多 epoch、多波段测光，改善对流浪行星质量函数、距离和运动学的约束。
• 优化观测策略，以实现与WFIRST巡天在时间和空间上的最大重叠，确保高时间采样率并最小化数据间隙。

提出的方法

• 利用LSST的宽视场、深光学巡天能力，以高时间采样率和灵敏度（低至 i ~ 23 mag）监测整个WFIRST银河系银心区域。
• 应用空间重叠度量（SpacialOverlapMetric）以确保与WFIRST巡天区域的100%空间重叠，并优化DDF区域以包含约9个球状星团。
• 在WFIRST的两个主要观测窗口（2026–2030年2月12日至4月24日，以及8月19日至10月29日）期间，最大化观测时间重叠内的观测次数（numObsInSurveyTimeOverlap），以确保密集采样。
• 最小化观测间隔（IntervalsBetweenObs），以保持中位观测间隔 ≤3天，从而实现对视 parallax 和光变曲线形状的可靠测量。
• 使用观测时间窗内时间采样率度量（CadenceOverVisibilityWindowMetric）比较实际与目标的访问次数，目标值 M ≥ 0.25，以确保最低有效时间采样率。
• 在调度中实施月球规避策略，优先在月光影响期间进行 i 和 z 波段观测，以维持采样率和数据质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 LSST的光学监测能否显著提高WFIRST微引力透镜光变曲线的完整性和准确性，特别是对短 timescale 事件？
• RQ2 在LSST与WFIRST基线距离约0.01 AU的条件下，其基线差异是否足以测量短 timescale 微引力透镜事件的视 parallax ？
• RQ3 LSST与WFIRST的联合光学-NIR测光如何增强对流浪行星物理特性的约束？
• RQ4 何种观测采样率和滤波器策略可在WFIRST季节性观测窗口内最大化科学产出并最小化数据间隙？
• RQ5 LSST DDF策略能否优化以包含球状星团等关键恒星结构，从而增强微引力透镜事件的天体物理背景信息？

主要发现

• LSST的光学监测可实现对WFIRST因72天观测窗口和季节性间隙导致采样不完整的微引力透镜光变曲线的完整重建。
• LSST与WFIRST之间约0.01 AU的基线距离提供了足够的视 parallax 信号，可测量短 timescale 事件（tE ≤ 30 d）的物理参数，而WFIRST单独无法实现。
• LSST-WFIRST联合巡天可显著提高对流浪行星质量函数的约束精度，尤其对低质量行星。
• 所提出的观测策略在重叠观测窗口内实现了中位观测间隔 ≤3天的采样率，可实现对视 parallax 和光变曲线形状的可靠测量。
• 空间重叠度量（SpacialOverlapMetric）证实，与WFIRST巡天区域的100%空间重叠是可实现的，且DDF可优化以平均包含约9个球状星团。
• 观测时间窗内时间采样率度量（CadenceOverVisibilityWindowMetric）显示，最低有效采样率（M ≥ 0.25）可实现，至少每晚两次访问，足以分辨约50分钟的焦散穿刺延迟。