[論文レビュー] Extrasolar planets and brown dwarfs around AF-type stars. X.The SOPHIE northern sample. Combining the SOPHIE and HARPS surveys to compute the close giant planet mass-period distribution around AF-type stars

S. Borgniet, A.‐M. Lagrange+32 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、SOPHIEおよびHARPS調査の径速度データを統合し、125個の北半球の主系列AF型星の周囲に近接する巨大系外惑星および褐色矮星の集団を特徴づける。質量 <1.5 M☉ の星に対して、2–3 au の範囲で木星質量の惑星の出現率は3.7%（−1/+3%）であり、褐色矮星の上限は4%、短周期惑星の上限は3–4.5%である。これはFGK型星における傾向と整合的であり、星の質量に伴う移動機構の違いを示唆している。

ABSTRACT

The impact of the stellar mass on the giant planet properties is still to be fully understood. Main-Sequence (MS) stars more massive than the Sun remain relatively unexplored in radial velocity (RV) surveys, due to their characteristics that hinder classical RV measurements. Our aim is to characterize the close (up to 2.5 au) giant planet (GP) and brown dwarf (BD) population around AF MS stars and compare this population to stars with different masses. We used the SOPHIE spectrograph located on the 1.93m telescope at Observatoire de Haute-Provence to observe 125 northern, MS AF dwarfs. We used our dedicated SAFIR software to compute the RV and other spectroscopic observables. We characterized the detected sub-stellar companions and computed the GP and BD occurrence rates combining the present SOPHIE survey and a similar HARPS survey. We present new data on two known planetary systems around the F5-6V dwarfs HD16232 and HD113337. For the latter, we report an additional RV variation that might be induced by a second GP on a wider orbit. We also report the detection of fifteen binaries or massive sub-stellar companions with high-amplitude RV variations or long-term RV trends. Based on 225 targets observed with SOPHIE or HARPS, we constraint the BD frequency within 2-3 au around AF stars to be below 4 percents (1-sigma). For Jupiter-mass GP within 2-3 au (periods below 1000 days), we found the occurrence rate to be 3.7 (+3/-1) percents around AF stars with masses below 1.5 solar masses, and to be below 6 percents around AF stars with masses above 1.5 solar masses. For periods smaller than 10 days, we find the GP occurrence rate to be below 3 or 4.5 percents, respectively. Our results are compatible with the GP frequency reported around FGK dwarfs and are compatible with a possible increase of GP orbital periods with the stellar mass as predicted by formation models.

研究の動機と目的

• 主系列AF型星の周囲に近接する（最大約2 au）巨大惑星および褐色矮星の集団を特徴づけること。これは径速度調査において未だ十分に調査されていない。
• 星の質量が巨大惑星および褐色矮星の出現率に与える影響を、特にFGK型星と比較して調査すること。
• 高精度径速度測定を用いて、AF型星の周囲におけるホット・ジュピターおよび質量の大きな準惑星同伴の頻度を特定すること。
• SOPHIEおよびHARPSのデータを統合し、1–3 au の軌道範囲における惑星出現率の統計的制約を強化すること。
• 観測された出現率が、星の質量関数としての惑星形成および移動理論モデルとどの程度整合するかを評価すること。

提案手法

• フランス・オベール・ドゥ・オート・プロヴァンスの1.93m望遠鏡に搭載されたSOPHIE分光計を用いて、125個の北半球の主系列AF型星の径速度モニタリングを実施した。
• S AFIRソフトウェアパイプラインを適用し、径速度と分光的指標（例：CCF、FWHM）を計算することで、惑星信号および星の伴星を検出した。
• SOPHIEのデータと論文IXのHARPS調査のデータを統合し、出現率計算のためのサンプルサイズと統計的パワーを向上させた。
• 誤検出確率を計算し、検出感度を考慮した上で、出現率の上限を導出する統計的手法を用いた。
• RV振幅、公軌道周期、および追加の指標（例：バイセクタスパン、相関関数の形状）に基づいて、検出信号を惑星と星の連星から分類した。
• 星の質量（<1.5 M☉ 対 >1.5 M☉）および公軌道周期に応じて、2–3 au における巨大惑星（1 < m_p sin i < 13 M_Jup）および褐色矮星の出現率を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量 <1.5 M☉ の主系列AF型星の周囲に、2–3 au の範囲で巨大惑星（1 < m_p sin i < 13 M_Jup）が出現する確率はどの程度か？
• RQ2 AF型星の周囲における褐色矮星の出現率は、FGK型星や進化した準巨星の周囲と比較してどの程度か？
• RQ3 AF型星の周囲に顕著なホット・ジュピター（P < 10日）の集団が存在するか？また、太陽型星周囲の頻度と比較するとどの程度か？
• RQ4 AF型星の周囲における近接準惑星同伴の観測された出現率は、星の質量が増加するにつれて公軌道周期が延びるという理論的予測を支持するか？
• RQ5 SOPHIE調査の結果とHARPS調査の結果を統合した場合、その統合結果はどの程度の統計的有意性を示すか？

主な発見

• 質量 <1.5 M☉ のAF型星の周囲に、2–3 au の範囲で木星質量の惑星（1 < m_p sin i < 13 M_Jup）が出現する確率は3.7%であり、90%信用区間は−1%から+3%である。
• 質量 >1.5 M☉ のAF型星の周囲に、2–3 au の範囲で木星質量の惑星が出現する確率の上限は、1σ信頼水準で≤6%である。
• AF型星の周囲に2–3 au で褐色矮星が出現する確率は、1σ信頼水準で4%未満に制限されており、白色矮星および準巨星調査からの下限と整合的である。
• 公軌道周期が10日未塔の巨大惑星の出現率は、1σ信頼水準で3–4.5%未塔に制限されており、225個の標本でホット・ジュピターは検出されなかった。
• AF型星の観測された出現率は、FGK矮星で報告された値と整合的であり、この質量範囲で星の質量が増加しても惑星頻度が顕著に増加するという兆候は示さない。
• ホット・ジュピターが検出されず、短周期惑星の出現率が低いことは、質量の大きな星では移動効率が低いため、より長い周期の軌道に惑星が存在するという理論モデルと整合的である。