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.

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Offizielle URL: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/08/aa40366-21/aa40366-21.html

Kurzfassung

Context. 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.

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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:

Open Access:

Gold Open Access:

Nein

In SCOPUS:

In ISI Web of Science:

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

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Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr

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Raumfahrt

HGF - Programmthema:

Erforschung des Weltraums

DLR - Schwerpunkt:

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DLR - Forschungsgebiet:

R EW - Erforschung des Weltraums

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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

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