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Sandbox Physics
从发现名单到行星族群

AC24 · L3

保留整份母样本,复算一小块DR25发生率

这项受限DR25分析可以从固定来源字节重跑。它保留12363颗搜寻恒星,其中11985颗没有列出的行星候选。目标是周期十到三十天、半径二到四个地球半径的行星;未知选择响应会一直传到最后的发生率界限。

先固定搜寻过哪些恒星

恒星母样本来自作者较早的Gaia更新教程,固定提交为5eda15caeb3ba6204b34a4e9975738b527e3704d,共16107颗K型恒星。它不是另一项发生率研究采用的较晚Berger2020基线。比较任何发表数字前,先区分这两份样本。

官方完整INJ1像素注入表有146294行,解压后SHA256以6b9f2d8b5979开头。与固定母样本取目标交集,得到12363颗恒星。原母样本另有3744颗没有对应INJ1试验,它们不在这次推断的族群里。交集中517颗候选分布在378颗宿主周围,11985颗搜寻恒星没有候选。

作者允许的百分之三十有效观测损失,是母样本定义的一部分。改成更严格的百分之五,会同时改变恒星和候选族群,不能把它当成原族群多出的一根误差条。交付材料保留了这个反例。

对应阅读:A Probabilistic Approach to Kepler Completeness and Reliability for Exoplanet Occurrence Rates · NASA Exoplanet Archive DR25 completeness/reliability and simulated products

把每次注入当成一次实验来读

转换各列之前,先读原IPAC头。周期单位为天,历元使用BKJD,即BJD减2454833;深度是来源孔径修正后的百万分比,时长以小时计。有效凌星次数带权重,可以是小数,不能四舍五入成三次凌星门槛。

用完整TCE标识,把已恢复信号连接到45377行的INJ1 Robovetter表。管线恢复了信号,也可能被审查分成假阳性。连接缺失时程序就停止,这行会留给读者检查,不会悄悄计成成功或失败。

来源正文允许半周期、倍周期和三分之一、三倍周期的真注入历元匹配。实际文件还出现恢复代码2,尽管简短列说明只列零和一。保留的代码2且判为PC的对象,实际周期比符合这些谐波。主分析把它们计为被识别的行星回收,同时单列数量;早期只接受同周期的结果作为定义敏感性保留。

整个交集有4049次同周期PC匹配和27次别名PC匹配。响应训练限制周期十到一百天、来源时长1.5至15小时,留下2202次试验,其中914次同周期成功,另有3次别名成功。失败试验一直保留在伯努利似然里。

对应阅读:Christiansen 2017, Pixel-Level Transit Injection Tests of Pipeline Detection Efficiency for DR25 · Coughlin, Robovetter Completeness and Effectiveness for DR25

拟合响应,再检查没见过的目标星

信号代理量用孔径修正后的注入深度,除以在来源时长处对数插值的稳健CDPP噪声,再乘以后筛选时间跨度与有效观测比例除以周期的平方根。它只是近似特征,不是来源提供的预期MES。经验最终回收率已经包含窗口,不再另乘同一观测窗口。

首个汇总响应整体看着尚可,按整颗目标星留出后,亮度分组却出现约正六和负四点五个标准差的残差。这些失败保留。细化模型让转变位置同时依赖周期与恒星亮度。分组按目标标识的哈希指定,同一颗目标星不能泄漏进自己的训练和检验组。

把假设行星转换成信号时,每颗恒星固定一个尺度:来源注入深度,除以在来源半径比和碰撞参数处计算的四系数星盘深度。这个尺度不被解释成纯拥挤修正,另存去掉该尺度的敏感性。给定恒星亮度轮廓在检查过的星盘上保持为正。尺度中位数约1.2461.246,每颗恒星保留自己的值。

另一项敏感性直接用来源已修正的Expected_MES重拟合响应,再从各星参考信号转换假设行星。最终代理量在2202次训练中相对来源MES的中位比为1.2291.229;早期线性CDPP加带权凌星次数的代理量,在不同筛选下得到1.3151.315,两种定义分开保留。MES条件有444颗恒星缺少测量CDPP域内可用的来源时长锚定,回收率仍归未知部分。它的支持内曝光中位数约236236,发生率族上端中位数约0.3230.323。整目标留出检查使用来源给出的特征,新的物理半径到信号关系还需要独立测量检验。

细化后验给所有参数指定总概率为一的先验分布,包括平台概率的Beta先验,以及变换后宽度和有符号斜率的高斯先验。八条链各丢弃5000步适应,再完整保留24000个位置;秩与折叠分裂诊断和有效样本数使用全部保留链。另一份全支持Student-t重要性积分独立检查后验矩及积分加密。

C(x,P,m)=A logistic⁡ ⁣[ln⁡x−μ−γln⁡[P/(20 d)]−ξ(m−14.5)s]C(x,P,m)=A\,\operatorname{logistic}\!\left[\frac{\ln x-\mu-\gamma\ln[P/(20\,\mathrm d)]-\xi(m-14.5)}{s}\right]
xx为信号代理量,mm为Kepler星等,AA为平台概率,s>0s>0为转变宽度。保存的先验说明全部坐标和换变量权重。

对应阅读:Burke and Catanzarite 2017, Per-Target Detection Contours for DR25 · Measuring Transit Signal Recovery in the Kepler Pipeline IV

把未知响应传到发生率里

来源存储的半径约定会把80颗候选放入选定区域。用来源凌星半径比、恒星半径和明确的名义换算常数重算,得到79颗。两种原列和数量都保留,不悄悄替换定义。

对十至三十天、二至四个名义地球半径的区域,每颗搜寻恒星都参与曝光积分。区域内形状给定为对数周期和对数半径均匀。时长、代理量和星等落在经验支持内时,使用拟合响应;支持外以及来源注入没有覆盖的行星边缘擦过星盘的有限半径壳层,允许回收概率在零到一之间。

未识别的几何曝光约为162颗有效恒星。它的两个端点确实进入了归一化整数目录Gamma混合,外部分类概率固定。后验中位数范围约为每星0.205至0.362颗;外侧95%分位包络约为0.162至0.450。

这是同一受限族群在不同未知响应条件下的一族结果。未知响应没有唯一概率律,因此包络不是唯一后验的95%区间。它也没有包含所有可能的区域内形状误差、校准模型误差或K型恒星假事件模型。

实际来源的条件计算,未知选择保留在发生率族中
情形候选条目支持内曝光中位数范围
来源深度锚定7979211211[0.205,0.362][0.205,0.362]
未锚定深度关系7979247247[0.207,0.309][0.207,0.309]
来源MES转换7979236236[0.205,0.323][0.205,0.323]

这些发生率范围跨越未知响应的端点条件,每个条件各有后验区间。改变深度映射可能把行星移入校准特征域,让支持内曝光增加。

对应阅读:A Probabilistic Approach to Kepler Completeness and Reliability for Exoplanet Occurrence Rates · IAU 2015 Resolution B3 nominal conversion constants

移动宿主半径,计数和选择一起重算

把恒星半径一致地上移一个来源报告标准差,名义候选数从79变成84;下移得到74。同一恒星的行星随宿主一起移动。几何和预测信号也使用移动后的恒星半径,然后重算曝光。

上移时,发生率族的上端中位数约0.323;下移约0.412。这些敏感性案例按给定方向移动来源误差。来源没有提供恒星与凌星的联合协方差,完整联合后验还需要补上这项测量模型。其他材料还保留更严观测损失筛选、半径换算、退役汇总响应、短时长特征失败和别名定义的影响。

对应阅读:Shallower radius valley around low-mass hosts · Reliability Correction is Key for Robust Kepler Occurrence Rates

在独立文件夹里运行

公开ZIP包含独立科学脚本、可使用的NASA输入、数值参照和可离线运行的合成例子。较早作者教程的固定文件树没有找到明确许可,因此恒星ZIP和候选表从两条固定作者原站URL具名下载,本包不重新分发它们。

第一次作者输入下载合计约4.42MB,两个文件都要完整通过字节数和SHA256校验后才接受。取得来源并安装给定依赖后,真实练习也可离线运行。下载回执区分实际HTTP响应和已经校验过的本地缓存。

先验证输入,再拟合响应、计算有限支持曝光,最后计算发生率族。输出检查比较目标数量、先验、诊断门槛和明确数值容差。链诊断和独立后验积分用来检查探索,文件校验值用来检查字节。

python3 verify_inputs.py .
python3 offline_checks.py --out rerun-offline.json
python3 fetch_author_inputs.py input
python3 replay.py --inputs input --out-dir rerun --sensitivities
python3 verify_outputs.py --expected expected --actual rerun

对应阅读:NASA Exoplanet Archive reuse and acknowledgment guidance

让数字对应它真正描述的族群

这个二至四地球半径切片没有测量完整半径谷。下一篇会读发表论文中的谷形分布,以及它们各自不同的恒星样本。合成实验另给出已知平滑和已知双峰分布,便于先看选择与半径误差怎样作用,再解释物理上的缺口。

换到下一份发生率研究,先写下搜寻恒星、行星区域、区域内部形状、最终探测定义、分类模型和所有未校准区域。这些选择决定数字描述的是哪一群行星。

对应阅读:The California-Kepler Survey III. A Gap in the Radius Distribution of Small Planets · About 30 percent of Sun-like Stars Have Kepler-like Planetary Systems

练习与解释性答案

  1. 整体回收比例看似正确,为什么亮度分组失败仍然重要?

    展开解释

    一组高估可以与另一组低估抵消。假设族群给恒星的权重不同于训练注入时,这些误差会重新出现在曝光里。整目标分组检查能发现这种转换问题。

  2. 为什么未知响应范围必须出现在最终发生率中?

    展开解释

    未知回收率改变泊松似然的有效曝光。若只在单独校准图里展示未知部分,最后数字就仍依赖一个没有说出的外推。

动手检验预测

改变探测器,看漏掉的行星出现

  1. 先在默认合成实验中找出搜寻恒星分母和有效搜寻数。
  2. 解释为什么响应拟合很窄,真实发生率族包络仍然可以很宽。
  3. 把固定来源计算与橙色已知真值实验并排读,分清各自输入与不确定性模型。

独立科学复算材料

下载科学复算ZIP · 阅读安装与来源说明

合成例子可离线运行。真实练习先用具名校验下载器取得两份固定作者输入,它们的来源权利保留。

来源与计算范围

  1. NASA Exoplanet Archive DR25 completeness/reliability and simulated products

    官方DR25产品分工及INJ1来源表。

  2. Christiansen 2017, Pixel-Level Transit Injection Tests of Pipeline Detection Efficiency for DR25

    KSCI-19110-001第2至4节;第9至12页解释匹配、孔径修正深度、预期MES与表中各列。

  3. Burke and Catanzarite 2017, Per-Target Detection Contours for DR25

    KSCI-19111-002式1至2、第3.5至3.6及4至7节,涉及OSD、窗口和逐目标转换。

  4. Coughlin, Robovetter Completeness and Effectiveness for DR25

    KSCI-19114-002,注入与反转/打乱产品、Robovetter分类和可靠性分工。

  5. Measuring Transit Signal Recovery in the Kepler Pipeline IV

    固定版本2010.04796v1第II至IV节,像素注入设计与汇总响应。

  6. A Probabilistic Approach to Kepler Completeness and Reliability for Exoplanet Occurrence Rates

    固定版本1906.03575v4第II至VI节、式10至12及附录B,整数目录重采样与发生率似然。

  7. Reliability Correction is Key for Robust Kepler Occurrence Rates

    固定版本2006.15719v1第II至III节、图4至5,分类可靠性、评分与目录敏感性。

  8. The California-Kepler Survey III. A Gap in the Radius Distribution of Small Planets

    固定版本1703.10375v2,图7、第II至V节及附录C;CKS样本、加权半径分布与合成误差检查。

  9. Shallower radius valley around low-mass hosts

    固定版本2401.12378v2,式1至6、图4至8及第3.3节;归一化谷深、宿主依赖和半径误差迁移。

  10. About 30 percent of Sun-like Stars Have Kepler-like Planetary Systems

    固定版本1802.09526v2第III.1节、式1至4、第III.4至III.5节及图7至9;每星行星数、宿主比例与系统结构。

  11. IAU 2015 Resolution B3 nominal conversion constants

    IAU2015年B3决议的名义换算常数,版本1510.07674v1。

  12. NASA Exoplanet Archive reuse and acknowledgment guidance

    NASA系外行星档案的使用和原始来源致谢要求。

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