[論文レビュー] Chemical abundances of 451 stars from the HARPS GTO planet search program: Thin disc, thick disc, and planets

V. Neves, N. C. Santos+3 more|ArXiv.org|Feb 19, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 44被引用数 109

ひとこと要約

本研究では、HARPS GTO惑星探索から得られた451顆の星における12元素の均一な化学組成を提示し、惑星を有する星が全元素において系として高い金属量を示すことを明らかにした。これはコア・アキュレションモデルと整合的である。[Fe/H] < 0における[Fe/H]の低下に伴い、薄い円盤と厚い円盤の群れに明確な違いが見られ、[X/Fe]比が示す。しかし運動学的および組成的傾向は重複しており、単純な円盤分離を挑戦するものである。

ABSTRACT

We present a uniform study of the chemical abundances of 12 elements (Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Na, Mg, and Al) derived from the spectra of 451 stars observed as part of one of the HARPS GTO planet search programs. Sixty eight of these are planet-bearing stars. The main goals of our work are: i) the investigation of possible differences between the abundances of stars with and without planets; ii) the study of the possible differences in the abundances of stars in the thin and the thick disc. We confirm that there is a systematically higher metallicity in planet host stars, when compared to non planet-hosts, common to all studied species. We also found that there is no difference in the galactic chemical evolution trends of the stars with and without planets. Stars that harbour planetary companions simply appear to be in the high metallicity tail of the distribution. We also confirm that Neptunian and super-Earth class planets may be easier to find at lower metallicities. A statistically significative abundance difference between stars of the thin and the thick disc was found for [Fe/H] $

研究の動機と目的

• 451顆の星を均一に分析することで、惑星を有する星とない星との間の化学組成の違いを調査すること。
• 薄い円盤と厚い円盤の群れに属する星が、特に[X/Fe]比において明確な組成パターンを示すかどうかを検討すること。
• 惑星を有する星における観測された金属量の増加が、初期状態由来のものか、形成効率に関連する選択的効果かを評価すること。
• 金属量が、海王星型およびスーパーアース型惑星を含むさまざまな惑星タイプの形成に果たす役割を評価すること。
• 太陽系近傍における運動学的および組成的データを用いて、伝統的な円盤群れ分離の妥当性を検証すること。

提案手法

• 3.6m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計のスペクトルを用いて、Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Na, Mg, Alの12元素の組成分析を行った。
• 星のパラメータ（Teff, log g, [Fe/H]）はSousaら（2008）の結果を採用し、451顆のフィールド矮星のサンプル全体で一貫性を確保した。
• 銀河空間速度成分（U, V, W）を計算し、運動学的基準を用いて星を薄い円盤、厚い円盤、遷移、ハロー群れに分類した。
• スペクトル合成とモデル大気を用いて[X/Fe]比を導出し、不確実性はブートストラップ再サンプリングにより推定した。
• [X/Fe]対[Fe/H]の傾向を、惑星を有する星とない星の間、および薄い円盤と厚い円盤の群れの間でプロットし、比較した。
• [Fe/H] < 0における差の有意性を評価する統計的比較を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 惑星を有する星とない星との間で、元素組成に系統的な差が存在するか？
• RQ2 薄い円盤と厚い円盤に属する星は、特に低金属量において[X/Fe]組成パターンが異なるか？
• RQ3 惑星を有する星における観測された金属量の増加は、初期状態由来のものか、形成効率に関連する選択的効果か？
• RQ4 海王星型／スーパーアース型惑星を有する星とガス巨大星を有する星との間で、化学的傾向に差が存在するか？
• RQ5 太陽系近傍において、[X/Fe]比と運動学的データを用いて、薄い円盤と厚い円盤の群れを明確に分離できるか？

主な発見

• 惑星を有する星は、研究された12元素すべてについて、[X/H]が系統的に高いことを示し、金属量とガス巨大惑星形成の強い相関を確認した。
• 惑星を有する星とない星との間で、元素の組成差が全元素にわたり一貫しており、金属量の増加が初期状態由来であることを支持する。
• 海王星型またはスーパーアース型惑星のみを有する星は、非惑星有り星と同程度またはそれ以下の金属量に多く存在する傾向があり、形成経路が異なる可能性を示唆する。
• [Fe/H] < 0において、薄い円盤と厚い円盤の群れに統計的に有意な差が認められ、CrとNiを除くほとんどの元素で明確な[X/Fe]分布の違いが示された。
• 組成差が認められても、[X/Fe]対[Fe/H]プロットでは、同じ[Fe/H]における薄い円盤と厚い円盤の星の傾向が重複しており、α元素およびMgにおいて低金属量で二重性（分岐）が観測された。
• 分岐は、低組成群（薄い円盤支配）では緩やかな勾配、高組成群（厚い円盤支配）では急勾配の2つの異なる進化傾向を示しており、化学的進化ダイナミクスの違いを示唆している。