|
Large Interferometer For Exoplanets (LIFE). I. Improved exoplanet detection yield estimates for a large mid-infrared space-interferometer mission
Quanz, S. P. und Ottiger, M. und Fontanet, E. und Kammerer, J. und Menti, F. und Dannert, F. und Gheorghe, A. und Absil, O. und Airapetian, Vladimir und Alei, E. und Allart, R. und Angerhausen, D. und Blumenthal, S. und Buchhave, L. A. und Cabrera Perez, Juan und Carrión-González, Óscar und Chauvin, G. und Danchi, WC und Dandumont, C. und Defrere, D. und Dorn, C. und Ehrenreich, D. und Ertel, S und Fridlund, M. und Garcia Munoz, A. und Gascón, C. und Girard, J. H. und Glauser, A. und Grenfell, John Lee und Guidi, G. und Hagelberg, J. und Helled, Ravit und Ireland, M. J. und Janson, M. und Kopparapu, R. K. und Korth, J. und Kozakis, T. und Kraus, S. und Leger, A. und Leedjärv, L. und Lichtenberg, T. und Lillo-Box, J. und Linz, H. und Liseau, René und Loicq, J. und Mahendra, V. und Malbet, F. und Mathew, J. und Mennesson, B. und Meyer, M. R. und Mishra, Lokesh und Molaverdikhani, K. und Noack, L und Oza, A. V. und Palle, E. und Parviainen, H und Quirrenbach, A. und Rauer, Heike und Ribas, I. und Rice, M. und Romagnolo, A. und Rugheimer, S. und Schwieterman, E.W. und Serabyn, E. und Sharma, S. und Stassun, K.G. und Szulagyi, J. und Wang, H. S. und Wunderlich, Fabian und Wyatt, M. C.
(2022)
Large Interferometer For Exoplanets (LIFE). I. Improved exoplanet detection yield estimates for a large mid-infrared space-interferometer mission.
Astronomy & Astrophysics, 664, A21.
EDP Sciences.
doi: 10.1051/0004-6361/202140366.
ISSN 0004-6361.
|
PDF
- Preprintversion (eingereichte Entwurfsversion)
2MB |
Offizielle URL: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/08/aa40366-21/aa40366-21.html KurzfassungContext. One of the long-term goals of exoplanet science is the atmospheric characterization of dozens of small exoplanets in order to understand their diversity and search for habitable worlds and potential biosignatures. Achieving this goal requires a space mission of sufficient scale that can spatially separate the signals from exoplanets and their host stars and thus directly scrutinize the exoplanets and their atmospheres.
Aims. We seek to quantify the exoplanet detection performance of a space-based mid-infrared (MIR) nulling interferometer that measures the thermal emission of exoplanets. We study the impact of various parameters and compare the performance with that of large single-aperture mission concepts that detect exoplanets in reflected light.
Methods. We have developed an instrument simulator that considers all major astrophysical noise sources and coupled it with Monte Carlo simulations of a synthetic exoplanet population around main-sequence stars within 20 pc of the Sun. This allows us to quantify the number (and types) of exoplanets that our mission concept could detect. Considering single visits only, we discuss two different scenarios for distributing 2.5 yr of an initial search phase among the stellar targets. Different apertures sizes and wavelength ranges are investigated.
Results. An interferometer consisting of four 2 m apertures working in the 4-18.5 micron wavelength range with a total instrument throughput of 5% could detect up to ~550 exoplanets with radii between 0.5 and 6 RE with an integrated S/N > 7. At least ~160 of the detected exoplanets have radii <1.5 RE. Depending on the observing scenario, ~25-45 rocky exoplanets (objects with radii between 0.5 and 1.5 RE) orbiting within the empirical habitable zone (eHZ) of their host stars are among the detections. With four 3.5 m apertures, the total number of detections can increase to up to ~770, including ~60-80 rocky eHZ planets. With four times 1 m apertures, the maximum detection yield is ~315 exoplanets, including <20 rocky eHZ planets. The vast majority of small, temperate exoplanets are detected around M dwarfs. The impact of changing the wavelength range to 3-20 micron or 6-17 micron on the detection yield is negligible.
Conclusions. A large space-based MIR nulling interferometer will be able to directly detect hundreds of small, nearby exoplanets, tens of which would be habitable world candidates. This shows that such a mission can compete with large single-aperture reflected light missions. Further increasing the number of habitable world candidates, in particular around solar-type stars, appears possible via the implementation of a multi-visit strategy during the search phase. The high median S/N of most of the detected planets will allow for first estimates of their radii and effective temperatures and will help prioritize the targets for a second mission phase to obtain high-S/N thermal emission spectra, leveraging the superior diagnostic power of the MIR regime compared to shorter wavelengths. elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/190411/ |
---|
Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag |
---|
Titel: | Large Interferometer For Exoplanets (LIFE). I. Improved exoplanet detection yield estimates for a large mid-infrared space-interferometer mission |
---|
Autoren: | Autoren | Institution oder E-Mail-Adresse | Autoren-ORCID-iD | ORCID Put Code |
---|
Quanz, S. P. | ETH Zürich | https://orcid.org/0000-0003-3829-7412 | NICHT SPEZIFIZIERT | Ottiger, M. | ETH Zürich | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Fontanet, E. | ETH Zürich | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Kammerer, J. | European Southern Observatory, Karl-Schwarzschild-Str. 2, 85748, Garching, Germany; Research School of Astronomy & Astrophysics, Australian National University, ACT 2611, Australia; Space Telescope Science Institute, 3700 San Martin Drive, Baltimore, MD 2 | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Menti, F. | ETH Zürich | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Dannert, F. | ETH Zürich | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Gheorghe, A. | ETH Zürich | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Absil, O. | STAR Institute, University of Liège, 19C allée du Six Aout, 4000, Liège, Belgium | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Airapetian, Vladimir | NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), 8800 Greenbelt Road, Greenbelt, MD 20771, Maryland, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Alei, E. | ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Allart, R. | Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, CheminPegasi 51, Versoix, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Angerhausen, D. | ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Zurich,Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Blumenthal, S. | University of Oxford, Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics, Clarendon Laboratory, Sherrington Road, Oxford OX1 3PU, UK | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Buchhave, L. A. | DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Elektrovej 328, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Cabrera Perez, Juan | Juan.Cabrera (at) dlr.de | https://orcid.org/0000-0001-6653-5487 | NICHT SPEZIFIZIERT | Carrión-González, Óscar | Technische Universität Berlin | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Chauvin, G. | Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, 38000, Grenoble, France | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Danchi, WC | NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Dandumont, C. | Centre Spatial de Liège, Université de Liège, Avenue Pré-Aily, 4031, Angleur, Belgium | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Defrere, D. | Uni Liege, Rue Louvrex 14, 4000 Liège, Belgien | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Dorn, C. | Institute of Computational Sciences, University of Zurich, Winterthurerstraße 109, 8057, Zurich, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Ehrenreich, D. | Observatoire de Genève, University of Geneva, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Ertel, S | Large Binocular Telescope Observatory, 933 North Cherry Avenue, Tucson, AZ 85721, USA; Steward Observatory, Department of Astronomy, University of Arizona, 993 N. Cherry Ave, Tucson, AZ, 85721, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Fridlund, M. | leiden observatory, university of leiden, po box 9513, 2300 ra, leiden, the netherlands | department of earth and space sciences, chalmers university of technology, onsala space observatory, 439 92 onsala, sweden | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Garcia Munoz, A. | Zentrum fuer Astronomie und Astrophysik, Technische Universitaet Berlin, Germany | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Gascón, C. | Institut de Ciències de l'Espai (ICE, CSIC), Campus UAB, C/Can Magrans s/n, 08193, Bellaterra, Spain | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Girard, J. H. | Space Telescope Science Institute, 3700 San Martin Drive, Baltimore, MD 21218, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Glauser, A. | ETH Zürich | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Grenfell, John Lee | Lee.Grenfell (at) dlr.de | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Guidi, G. | ETH Zurich, Institute for Particle Physics & Astrophysics, Wolfgang-Pauli-Str. 27, 8093, Zurich, Switzerland ; National Center of Competence in Research PlanetS, Gesellschaftsstrasse 6, 3012, Bern, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Hagelberg, J. | Observatoire astronomique de l'Université de Genève, chemin Pegasi 51b, 1290, Versoix, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Helled, Ravit | Institute for Computational Science, University of Zurich, Zurich, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Ireland, M. J. | Research School of Astronomy & Astrophysics, Australian National University, ACT 2611, Australia | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Janson, M. | Uni. Stockholm | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Kopparapu, R. K. | NASA Goddard Space Flight Center, 8800 Greenbelt Rd, Greenbelt, MD, 20771, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Korth, J. | Department of Space, Earth and Environment, Astronomy and PlasmaPhysics, Chalmers University of Technology, SE-412 96 Gothenburg, Sweden | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Kozakis, T. | DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Elektrovej 328, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Kraus, S. | University of Exeter, School of Physics and Astronomy, Stocker Road, Exeter EX4 4QL, UK | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Leger, A. | Institut d'astrophysique Spatiale (IAS), France | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Leedjärv, L. | University of Tartu, Tartu Observatory, 1 Observatooriumi Str., 61602, Tõravere, Tartumaa, Estonia | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Lichtenberg, T. | University of Oxford, Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics, Clarendon Laboratory, Sherrington Road, Oxford OX1 3PU, UK | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Lillo-Box, J. | Departmento de Astrofísica, Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),ESAC campus, 28692 Villanueva de la Cãda (Madrid), Spain | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Linz, H. | Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117, Heidelberg, Germany | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Liseau, René | Department of Radio and Space Science, Chalmers University of Technology, Onsala, Sweden | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Loicq, J. | Centre Spatial de Liège, Université de Liège, Avenue Pré-Aily, 4031, Angleur, Belgium | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Mahendra, V. | SRM Institute of Science and Technology, Chennai, India | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Malbet, F. | Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, 38000, Grenoble, France | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Mathew, J. | Research School of Astronomy & Astrophysics, Australian National University, ACT 2611, Australia | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Mennesson, B. | JPL, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Meyer, M. R. | Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Mishra, Lokesh | Physikalisches Institut, Universität Bern, Gesellschaftsstrasse 6, 3012, Bern, Switzerland; Observatoire astronomique de l'Université de Genève, chemin Pegasi 51b, 1290, Versoix, Switzerland; National Center of Competence in Research PlanetS, Gesellschaft | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Molaverdikhani, K. | Landessternwarte, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Königstuhl 12, 69117 Heidelberg, Germany; Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117 Heidelberg, Germany | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Noack, L | Department of Earth Sciences / Institute of Geological Sciences, Free University Berlin | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Oza, A. V. | Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Dr., Pasadena, CA 91109, USA; Physikalisches Institut, Universität Bern, Gesellschaftsstrasse 6, 3012, Bern, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Palle, E. | instituto de astrofísica de canarias, 38205 la laguna, tenerife, spain | departamento de astrofisica, universidad de la laguna, 38206 la laguna, spain | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Parviainen, H | Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Spain; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Spain | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Quirrenbach, A. | Landessternwarte, Zentrum fur Astronomie der Universtat Heidelberg, Konigstuhl 12, 69117, Heidelberg, Germany | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Rauer, Heike | heike.rauer (at) dlr.de | https://orcid.org/0000-0002-6510-1828 | NICHT SPEZIFIZIERT | Ribas, I. | Institute d´Estudis Espacials de Catalunya and Instituto de Ciencias des Espacio, Barcelona, Spain | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Rice, M. | Department of Astronomy, Yale University, New Haven, CT 06511, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Romagnolo, A. | Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences, ul. Bartycka 18, 00-716, Warsaw, Poland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Rugheimer, S. | Oxford University, Oxford, UK | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Schwieterman, E.W. | Dept. Earth Sci., Uni. California, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Serabyn, E. | Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Dr., Pasadena, CA 91109, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Sharma, S. | Deshbandhu College, University of Delhi, 110019, Delhi, India | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Stassun, K.G. | Physics and Astronomy Department, Vanderbilt University, Nashville, TN37235, USA | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Szulagyi, J. | ETH Zurich, Institut fuer Astronomie, Wolfgang-Pauli-Str. 27, 8093 Zuerich, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Wang, H. S. | ETH Zurich, Institute for Particle Physics & Astrophysics, Wolfgang-Pauli-Str. 27, 8093, Zurich, Switzerland ; National Center of Competence in Research PlanetS, Gesellschaftsstrasse 6, 3012, Bern, Switzerland | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT | Wunderlich, Fabian | fabian.wunderlich (at) dlr.de | https://orcid.org/0000-0002-2238-5269 | NICHT SPEZIFIZIERT | Wyatt, M. C. | Institute of Astronomy, University of Cambridge, Madingley Road, Cambridge CB3 0HA, UK | NICHT SPEZIFIZIERT | NICHT SPEZIFIZIERT |
|
---|
Datum: | 2022 |
---|
Erschienen in: | Astronomy & Astrophysics |
---|
Referierte Publikation: | Ja |
---|
Open Access: | Ja |
---|
Gold Open Access: | Nein |
---|
In SCOPUS: | Ja |
---|
In ISI Web of Science: | Ja |
---|
Band: | 664 |
---|
DOI: | 10.1051/0004-6361/202140366 |
---|
Seitenbereich: | A21 |
---|
Verlag: | EDP Sciences |
---|
ISSN: | 0004-6361 |
---|
Status: | veröffentlicht |
---|
Stichwörter: | planets and satellites: terrestrial planets / telescopes / instrumentation: high angular resolution / methods: numerical / planets and satellites: detection / infrared: planetary systems |
---|
HGF - Forschungsbereich: | Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr |
---|
HGF - Programm: | Raumfahrt |
---|
HGF - Programmthema: | Erforschung des Weltraums |
---|
DLR - Schwerpunkt: | Raumfahrt |
---|
DLR - Forschungsgebiet: | R EW - Erforschung des Weltraums |
---|
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben): | R - Projekt PLATO - PMC und Science |
---|
Standort: |
Berlin-Adlershof
|
---|
Institute & Einrichtungen: | Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären Institut für Planetenforschung > Leitungsbereich PF |
---|
Hinterlegt von: |
Cabrera Perez, Juan
|
---|
Hinterlegt am: | 21 Nov 2022 14:54 |
---|
Letzte Änderung: | 21 Nov 2022 14:54 |
---|
Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags
|
|