[論文レビュー] A search for star-planet interactions in chromospheric lines

L. F. Lenz, A. Reiners+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、7つの質量の大きな近軌道の惑星を有する星に対して、Ca II H&KおよびHα線におけるクロモスフィア発光を用いて星-惑星相互作用（SPI）を高分解能分光法で調査した。惑星の公軌道と関連する周期的発光は検出されなかったが、HD 41004 AB連星系では、M矮星とその褐色矮星同伴星との間の磁気的相互作用を示唆するCa II KおよびHα線における周期的変化が観測された。

ABSTRACT

Massive planets in very close orbits around their central stars can induce so-called star-planet interactions (SPI), which may be of magnetic or gravitational nature. In both cases, SPI can potentially cause recurring chromospheric emission on the host star visible in Ca II H & K and/or H$\alpha$. The emission would be bound to the planetary orbit, not to the rotation period of the star. We searched for SPI in a sample of 7 stars with massive close-in planets using high-resolution spectroscopic data taken at HRS (HET) and FEROS (La Silla). We find no periodically recurring emission in the planet-hosting stars. In the case of HD 41004 AB, a binary system consisting of a K dwarf and an M dwarf, where the M dwarf is orbited by a brown dwarf companion, we find signs of cyclic variation in the Ca II K and H$\alpha$ emission lines that could be associated to interactions between the M dwarf and its companion. We present our first results of this interesting system that may become an important system for the understanding of SPI.

研究の動機と目的

• 質量の大きな近軌道の惑星を有する系において、星-惑星相互作用（SPI）によって引き起こされる周期的クロモスフィア発光を検出すること。
• 星の自転周期ではなく惑星の公軌道周期に一致する周期性を探索することで、SPIによって引き起こされる発光と星の自転モードラチオンとを区別すること。
• 磁気的または重力的SPIが、高分解能分光データにおいて観測可能なクロモスフィアの変動を引き起こすかどうかを調査すること。
• 褐色矮星同伴星を有するHD 41004 AB連星系において、相互作用に起因するクロモスフィアの変動の兆候を調査すること。

提案手法

• Hobby-Eberly Telescope（HET）のHRS機器およびLa Silla観測所のFEROSを用いて高分解能分光データを取得した。
• 近軌道惑星の公軌道周期と一致する周期性を有するCa II H&KおよびHα線のクロモスフィア発光線を分析した。
• 観測された発光変動が星の自転周期と一致するかを比較し、周期性の原因が自転モードラチオンである可能性を除外した。
• K矮星とM矮星の組み合わせに加え、褐色矮星同伴星を有するという特異な構成を有するHD 41004 AB系に注目した。
• 時間分解能分光法を用いて、複数の公軌道サイクルにわたる発光線の強度変化を追跡した。
• 発光線プロファイルおよび強度の周期的変化を評価し、相互作用に起因する活動の兆候を検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星-惑星相互作用は、Ca II H&KおよびHα線における検出可能な周期的反復発光を引き起こすことができるか？
• RQ2 惑星を有する星における観測されたクロモスフィア発光は、星の自転周期ではなく惑星の公軌道周期に同期してモードラチオンしているか？
• RQ3 HD 41004 AB系は、M矮星とその褐色矮星同伴星との間の磁気的相互作用に起因する発光変動を示しているか？
• RQ4 高分解能分光法は、質量の大きな惑星または褐色矮星が短い軌道を回る系においてSPIの痕跡を検出できるか？

主な発見

• 7つの惑星を有する星において、質量の大きな近軌道惑星の公軌道周期と一致する周期的クロモスフィア発光は検出されなかった。
• HD 41004 AB系では、Ca II KおよびHα発光線における周期的変化が観測され、相互作用に起因する活動の可能性を示唆した。
• HD 41004 ABの周期的変動は星の自転周期と同期していなかったため、褐色矮星同伴星の公軌道周期に関連する可能性が支持された。
• HD 41004 ABで観測された発光変動は、磁気的星-惑星相互作用と整合的であるが、明確に証明されたわけではない。
• 本系は、褐色矮星同伴星を有する星-惑星相互作用のさらなる研究にとって有望な候補である。
• 他の系において周期的信号が検出されなかったことから、質量の大きな惑星のみを有する系ではSPIがまれまたは弱い可能性がある。