COUNTESS I: A Uniformly Vetted Catalog of Known and New Transiting Exoplanets in the TESS Northern Continuous Viewing Zone

Resumo Técnico: COUNTESS – Um Catálogo Uniformemente Vistoriado de Exoplanetas Transitantes Conhecidos e Novos na CVZ Norte do TESS

Definição do Problema
O Satélite de Pesquisa de Exoplanetas Transitantes (TESS) revolucionou o estudo de sistemas exoplanetários próximos. No entanto, sua estratégia de observação nominal fornece apenas cerca de 27 dias de cobertura contínua por setor para a maior parte do céu. Esse curto intervalo de tempo enviesa as buscas padrão por trânsitos para planetas com períodos orbitais $\lesssim$10 dias, uma vez que são necessários pelo menos dois trânsitos para a detecção. Embora as Zonas de Visão Contínua (CVZs) do TESS, próximas aos polos eclípticos, ofereçam intervalos temporais estendidos (até 351 dias na Missão Primária), elas introduzem desafios analíticos significativos. Especificamente, a cadência fotométrica muda de 30 minutos na Missão Primária (PM) para 10 minutos na primeira Missão Estendida (EM1). Essa heterogeneidade na cadência e nas propriedades de ruído complica a detecção coerente de sinais de trânsito através de múltiplos setores e fases da missão. As pipelines existentes de busca de trânsitos do TESS carecem de uma estrutura homogênea de ponta a ponta especificamente projetada para abordar esses desafios específicos das CVZs e de múltiplas missões, dificultando a caracterização robusta das taxas de ocorrência e demografia de planetas de longo período em torno de estrelas próximas.

Metodologia
Para abordar essas limitações, os autores apresentam o COUNTESS (Combining Observations to Unveil New Transiting Exoplanet Systems and Statistics), uma pipeline de busca de trânsitos unificada e otimizada para curvas de luz de longa duração e de múltiplas cadências da CVZ norte do TESS. A metodologia procede através dos seguintes estágios:

1. Construção da Amostra Estelar: Os autores construíram um catálogo homogeneamente caracterizado de 391.059 estrelas FGKM na CVZ norte do TESS. Usando fotometria do Gaia DR3 e 2MASS, eles derivaram temperaturas efetivas estelares, luminosidades, raios e massas utilizando uma metodologia consistente com K. K. Hardegree-Ullman et al. (2025) para garantir a compatibilidade com os conjuntos de dados Kepler e K2. A amostra foi filtrada para estrelas únicas (Gaia RUWE < 1,4) e incertezas de distância (<10%), resultando em uma amostra final de 391.059 estrelas para o catálogo estelar, com 26.114 estrelas selecionadas para a busca de trânsitos baseada na disponibilidade de curvas de luz TESS-SPOC.
2. Processamento de Dados e Detrending: A pipeline combina curvas de luz de Imagem de Quadro Total (FFI) do TESS-SPOC da PM (cadência de 30 min) e da EM1 (cadência de 10 min). Para mitigar a amostragem heterogênea, os dados da EM1 foram agrupados (binned) para 30 minutos para corresponder à cadência da PM. A variabilidade estelar foi removida usando um filtro biweight implementado no pacote Wōtan. Uma abordagem de comprimento de janela de dois estágios foi adotada: uma janela de 0,5 dia para períodos $\le$100 dias e uma janela estendida de 1,75 dia para períodos >100 dias para evitar o over-detrending de sinais de trânsito de longa duração.
3. Busca e Ajuste de Trânsito: Sinais periódicos foram identificados usando GERBLS (Greatly Expedited Robust Box Least Squares), um algoritmo de dobra rápida que acelera a detecção de períodos sem exigir aceleração de GPU. Eventos de Cruzamento de Limiar (TCEs) com uma Razão Sinal-Ruído (SNR) > 6 foram selecionados. Esses candidatos passaram por ajuste de trânsito usando o EXOTIC, que emprega amostragem nested Bayesiana para derivar parâmetros fisicamente significativos (razão de raio, parâmetro de impacto, inclinação, escurecimento de limbo).
4. Vistoria e Validação: Os candidatos foram vistoriados usando o LEOVetter, que aplica 12 testes de falso alarme (FA) e 5 testes de falso positivo (FP) para distinguir artefatos instrumentais e falsos positivos astrofísicos (ex: binárias eclipsantes) de sinais planetários. A vistoria ao nível de pixel garantiu que o sinal se originasse da estrela alvo. Finalmente, o triceratops foi usado para validação estatística, calculando as Probabilidades de Falso Positivo (FPP) e as Probabilidades de Falso Positivo Próximos (NFPP) para classificar os candidatos.

Principais Contribuições e Resultados
Como prova de conceito, os autores aplicaram o COUNTESS à CVZ norte do TESS usando dados da PM e EM1:

• Recuperação de Objetos Conhecidos: A pipeline foi testada contra 159 Objetos de Interesse do TESS (TOIs) conhecidos com períodos entre 0,85 e 124,72 dias. O COUNTESS recuperou com sucesso 115 destes (72%), incluindo 12 sinais secundários em sistemas multiplanetários. As 44 detecções perdidas foram atribuídas principalmente a lacunas na linha de base PM/EM1 ou baixo SNR. Os autores observam que, embora os períodos recuperados tenham correspondido aos valores da literatura, os raios recuperados foram sistematicamente menores, provavelmente devido a diferenças nas metodologias de ajuste e nos parâmetros estelares em comparação com catálogos anteriores.
• Busca Cega e Novas Descobertas: Uma busca cega foi realizada em 26.114 estrelas, gerando 38 novos sinais planetários. Após rigorosa vistoria (nível de pixel e estatística), 10 candidatos foram classificados como "prováveis planetas" (FPP < 0,5, NFPP < $10^{-1}$).
• Planetas Estatisticamente Validados: Dois candidatos atenderam aos limiares rigorosos de validação estatística (FPP < 0,015, NFPP < $10^{-3}$) e foram designados como novos planetas:
  • TIC 219893931 b: Um sub-Netuno com $P \approx 6,41$ dias e $R_p \approx 2,92 R_\oplus$.
  • TIC 237254473 b: Um sub-Netuno com $P \approx 10,12$ dias e $R_p \approx 3,30 R_\oplus$.
  • Os autores também identificaram o TIC 219893931.02 ($P \approx 34,62$ dias, $R_p \approx 4,19 R_\oplus$) como um candidato, observando que ele representa uma detecção em um período significativamente mais longo do que o que é robustamente identificável em um único setor do TESS.
• Métricas de Seguimento: As amplitudes semi-amplitudes de velocidade radial estimadas para os dois planetas validados são de $\sim$3,77 m/s e $\sim$3,00 m/s, respectivamente, sugerindo que são alvos viáveis para futura caracterização de massa e atmosfera.

Significância
O artigo estabelece o COUNTESS como uma ferramenta crítica para estender o alcance científico do TESS além do padrão de viés de curto período. Ao combinar com sucesso cadências heterogêneas e linhas de base longas, a pipeline permite a detecção de planetas com períodos $>10$ dias em torno de estrelas próximas. Esta capacidade faz a ponte entre a população distante e bem caracterizada do Kepler e os sistemas planetários próximos acessíveis para seguimento detalhado. Os autores afirmam que este trabalho lança as bases para estudos demográficos robustos de exoplanetas no vizinhança solar, permitindo comparações diretas com as tendências de Kepler e K2 (como o vale do raio e o deserto de Netunos quentes) em um regime anteriormente inacessível ao TESS. A descoberta de dois sub-Netunos estatisticamente validados e vários candidatos de longo período demonstra a eficácia da pipeline e destaca o potencial do COUNTESS para escalar para a amostra completa da CVZ do TESS, finalmente expandindo a sensibilidade para períodos orbitais além de 100 dias.