[論文レビュー] Extrasolar planets and brown dwarfs around A-F type stars VI. High precision RV survey of early type dwarfs with HARPS

A.‐M. Lagrange, M. Desort+3 more|ArXiv.org|Sep 26, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用数 261

ひとこと要約

本研究では、HARPSを用いた初期型A–F矮星における最初の高精度径速度サーベイを提示し、星の固有の変動性にもかかわらず、低投影回転速度および低活動度の星では巨大系外惑星を検出可能であることを示した。これは質量の大きな星における惑星形成を研究するための新たな道筋を提供する。

ABSTRACT

(Abridged) Aims: Systematic surveys to search for exoplanets have been mostly dedicated to solar-type stars sofar. We developed in 2004 a method to extend such searches to earlier A-F type dwarfs and started spectroscopic surveys to search for planets and quantify the detection limit achievable when taking into account the stars properties and their actual levels of intrinsic variations. We give here the first results of our southern survey with HARPS. Results: 1) 64% of the 170 stars with enough data points are found to be variable. 20 are found to be binaries or candidate binaries (with stars or brown dwarfs). More than 80% or the latest type stars (once binaries are removed) are intrinsically variable at a 2 m/s precision level. Stars with earlier spectral type (B-V <= 0.2) are either variable or associated to levels of uncertainties comparable to the RV rms observed on variable stars of same B-V. 2) We have detected one long-period planetary system around an F6IV-V star. 3) We have quantified the jitter due to stellar activity and we show that taking into account this jitter in addition to the stellar parameters, it is still possible to detect planets with HARPS with periods of 3 days (resp. 10 days and 100 days) on 91% (resp. 83%, 61%) of them. We show that even the earliest spectral type stars are accessible to this type of search, provided they have a low vsini and low levels of activity. 4) Taking into account the present data, we compute the actually achieved detection limits for 107 targets and discuss the limits as a function of B-V. Given the data at hand, our survey is sensitive to short-period (few days) planets and to longer ones (100 days) at a lower extent (latest type stars). We derive first constrains on the presence of planets around A-F stars for these ranges of periods.

研究の動機と目的

• 太陽型星を超えた初期型A–F矮星における径速度系外惑星サーベイを拡張し、理論的予想ではより高い惑星質量が期待されるにもかかわらず、これまであまり調査が進んでいないこれらの星を対象とすること。
• A–F矮星における星の活動（ spots, 脈動）および投影回転速度の影響が、径速度測定の精度に及ぼす影響を定量化すること。
• 機器ノイズと星の固有のジャッターを両方とも考慮に入れた場合、これらの星の周囲での惑星検出限界を特定すること。
• 低活動度および低 vsini を有する星を、将来的な惑星探索のための最適な標的として特定すること。
• 初期型主系列星における短周期惑星（3–100日）の出現確率について、初めて統計的制約を提示すること。

提案手法

• ESOのHARPS分光計を用いて、185個のA–F型主系列星（B–V：[−0.1; 0.6]）を対象とした高精度径速度サーベイを実施した。
• 複数の診断指標（バイセクタスパン、振幅、変動の timescale）を用いて、星の活動と惑星同伴を区別するための専用ソフトウェアを適用した。
• 十分なデータポイントを有する星（170個）のうち、スポットおよび脈動による星のジャッターを分析により定量化した。
• 検出限界を、径速度散乱の3×rmsとして定義し、機器ノイズと星の固有の変動性の両方を考慮した。
• 各標的の個別のRV散乱および観測基準期間をもとに、107標的に実際の検出限界を計算し、検出可能性の代理指標として3×rms閾値を用いた。
• 統計的分析から、脈動星（δ Scuti, γ Doradus）を除外し、惑星由来でない変動を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高固有星の変動性があるにもかかわらず、高精度径速度技術を用いてA–F型主系列星の周囲に巨大惑星を検出できるか？
• RQ2 星の活動（spots, 脈動）および投影回転速度が、初期型星における惑星信号の検出可能性に与える影響は何か？
• RQ3 星の固有のジャッターおよび回転特性を考慮した場合、A–F矮星の何パーセントが惑星探索に適しているか？
• RQ4 このサンプルにおいて、3日、10日、100日周期の惑星の実際の検出限界は何か？また、B–V色と星のタイプに応じてどのように変化するか？
• RQ5 達成された検出感度は理論的限界と比較してどうか？また、0.5–1 M_Jupの惑星に感度を持つ星の割合はどの程度か？

主な発見

• 十分なデータポイントを有する170個の星のうち64%が径速度変動を示しており、主に星の活動または固有の脈動によるものであった。
• 20個の星が連星系または候補連星として特定され、そのうち1つはF6IV–V型星の周囲に100日以上の周期の長周期惑星系を有していた。
• 3日周期の惑星では、低 vsini および低活動度のA–F矮星の91%がHARPSで検出可能である。10日および100日周期では、それぞれ83%および61%の検出率であった。
• 最も初期型の星（B–V ≤ 0.2）でも、低投影回転速度および低活動度の星であれば、惑星検出が可能である。
• B–V ≥ 0.4 の星では、3日周期、質量が1 M_Jup以上の惑星を有する星は5%未満であり、これは晩期型A–F矮星ではホットジュピターの出現率が低いことを示している。
• 十分なデータを有する107個の星において、達成された検出限界は3×rms閾値に規定されており、各標的のノイズフロアを信頼性高く捉えていることが確認された。