[論文レビュー] An extreme planetary system around HD219828. One long-period super Jupiter to a hot-neptune host star

N. C. Santos, A. Santerne+20 more|University of Birmingham Research Portal (University of Birmingham)|May 23, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 96被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、明るく金属過剰な星 HD 219828 の周りに、極端な惑星系が発見されたと報告している。この系には、熱いネプチューン（HD 219828 b、21 M⊕、P=3.83 日）と、質量が大きく長周期の巨大惑星（HD 219828 c、m sin i=15.1 MJup、P=13.1 年、e=0.81）が存在する。HARPS、SOPHIE、ELODIE スペクトログラフを用いた径速度モニタリングにより、系の安定性が確認され、異常に高い質量比が示され、熱いネプチューンと熱いジュピターの形成経路が異なる可能性が示唆された。

ABSTRACT

With about 2000 extrasolar planets confirmed, the results show that planetary systems have a whole range of unexpected properties. We present a full investigation of the HD219828 system, a bright metal-rich star for which a hot neptune has previously been detected. We used a set of HARPS, SOPHIE, and ELODIE radial velocities to search for the existence of orbiting companions to HD219828. A dynamical analysis is also performed to study the stability of the system and to constrain the orbital parameters and planet masses. We announce the discovery of a long period (P=13.1years) massive (msini=15.1MJup) companion (HD219828c) in a very eccentric orbit (e=0.81). The same data confirms the existence of a hot-neptune, HD219828b, with a minimum mass of 21 MEarth and a period of 3.83days. The dynamical analysis shows that the system is stable. The HD219828 system is extreme and unique in several aspects. First, among all known exoplanet systems it presents an unusually high mass ratio. We also show that systems like HD219828, with a hot neptune and a long-period massive companion are more frequent than similar systems with a hot jupiter instead. This suggests that the formation of hot neptunes follows a different path than the formation of their hot jovian counterparts. The high mass, long period, and eccentricity of HD219828c also make it a good target for Gaia astrometry as well as a potential target for atmospheric characterisation, using direct imaging or high-resolution spectroscopy. Astrometric observations will allow us to derive its real mass and orbital configuration. If a transit of HD219828b is detected, we will be able to fully characterise the system, including the relative orbital inclinations. With a clearly known mass, HD219828c may become a benchmark object for the range in between giant planets and brown dwarfs.

研究の動機と目的

• HD 219828 惑星系の力学的構造と安定性を調査すること。この系は、既に熱いネプチューンを有すると知られている。
• 高精度径速度データを用いて、同伴惑星の軌道パラメータと最小質量を特定すること。
• 既知の系外惑星系の中で、質量比と軌道的構造の観点から、この系がいかに特異であるかを評価すること。
• 軌道傾きを制約するための転食検出可能性と Rossiter-McLaughlin 効果測定の可能性を評価すること。
• 巨大惑星と褐色矮星の境界を研究するためのベンチマーク対象としてのこの系の可能性を検討すること。

提案手法

• HARPS、SOPHIE、ELODIE スペクトログラフを用いて、ESO および OHP 觀測所で径速度測定が行われた。
• 活動性に起因する信号を評価するため、高分解能分光法を用いて星のパラメータと元素組成が導出された。
• 2惑星系の長期的安定性を確認するため、力学的安定性解析が実施された。
• 離心率と長周期信号を考慮した、径速度データの統合フィットを用いて、軌道パラメータが制約された。
• 理論的モデルを用いて、将来の観測に向けた予想される転食深度（600–1200 ppm）と Rossiter-McLaughlin 効果の振幅（1.4–2.6 m s⁻¹）が推定された。
• アストロメトリックおよび直接撮像の可能性は、COND 演化モデルと投影距離（遠星点で 0.14 アーキセコンド）を用いて評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熱いネプチューンと質量の大きな長周期同伴が存在する状況において、HD 219828 系の真の軌道的構造と質量比は何か？
• RQ2 この系は長期間にわたり安定しているのか？ その力学的構造は、惑星形成および移動のメカニズムにどのような示唆をもたらすのか？
• RQ3 この系は、熱いネプチューンと質量の大きな外側の同伴を有する広範な系のクラスの一例であると見なせるのか？ また、熱いジュピターを有する系とはどのように異なるのか？
• RQ4 HD 219828 b の転食検出の可能性は何か？ その検出が、系の軌道傾きと構造に関する何を明らかにするのか？
• RQ5 HD 219828 c は、巨大惑星と褐色矮星の境界を研究するためのベンチマーク対象として機能できるか？

主な発見

• 長周期で質量の大きな同伴（HD 219828 c）が確認され、最小質量は 15.1 MJup、公軌道周期は 13.1 年、離心率は 0.81 であった。
• この系には、最小質量 21 M⊕、公軌道周期 3.83 日の熱いネプチューン（HD 219828 b）が存在する。
• 力学的解析により、系は安定しており、惑星 b の平衡離心率はほぼゼロに近いことが確認された。
• 2つの惑星間の質量比は非常に高く、これはこれまでに知られている中で最も極端な系の一つである。
• 星と HD 219828 c 間の投影距離は、遠星点で 0.14 アーキセコンドに達し、直接撮像の対象として実現可能である。
• 将来的な Gaia アストロメトリと、高分解能分光法または直接撮像による大気の特徴化の強力な候補である。