[論文レビュー] Gravitational Microlensing Evidence for a Planet Orbiting a Binary Star System

D. P. Bennett, Sun Hong Rhie+13 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|Aug 4, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 25被引用数 40

ひとこと要約

本論文は、約1.8 AUの距離で分離された晩期K型矮星とM型矮星で構成される連星系を周回する、木星質量に相当する約3 Jupiter質量の系外惑星の重力レンズ効果による証拠を提示する。MACHO-97-BLG-41の光曲線の偏差に基づくこの検出は、連星系における最初のマイクロレンズ法による惑星発見を示し、このような系に巨大惑星が一般的である可能性を示唆する。

ABSTRACT

The study of extra-solar planetary systems has emerged as a new discipline of observational astronomy in the past few years with the discovery of a number of extra-solar planets. The properties of most of these extra-solar planets were not anticipated by theoretical work on the formation of planetary systems. Here we report observations and light curve modeling of gravitational microlensing event MACHO-97-BLG-41, which indicates that the lens system consists of a planet orbiting a binary star system. According to this model, the mass ratio of the binary star system is 3.8:1 and the stars are most likely to be a late K dwarf and an M dwarf with a separation of about 1.8 AU. A planet of about 3 Jupiter masses orbits this system at a distance of about 7 AU. If our interpretation of this light curve is correct, it represents the first discovery of a planet orbiting a binary star system and the first detection of a Jovian planet via the gravitational microlensing technique. It suggests that giant planets may be common in short period binary star systems.

研究の動機と目的

• 重力マイクロレンズ法を用いて、特に惑星信号が顕著に現れる連星系における系外惑星を検出すること。
• MACHO-97-BLG-41の光曲線の異常を解明し、単一レンズ予測から逸脱した理由を特定すること。
• マルチバンド光度測定と光曲線モデリングを通じて、惑星レンズと連星源レンズのシナリオを区別すること。
• レンズ系の動力学的パラメータ（質量、分離距離、軌道配置）を特定すること。
• 短周期連星系における惑星形成の可能性を評価し、径速度法による検出バイアスと対比すること。

提案手法

• MACHO、MPS、GMAN協働研究の光度データを統合し、MACHO-97-BLG-41のマイクロレンズ光曲線をモデリングした。
• 三重レンズモデリングを採用し、レンズを二つの星と惑星の三つの質量として扱い、質量分率は0.7870、0.2086、0.0044とした。
• エインシュタイン円環半径 $ R_E $ を基本スケールとして用い、$ t_E = 27.832 $ 日と$ u_{\text{min}} = 0.0679 R_E $ といった主要パラメータを含めた。
• カウスティック通過特徴を、源星の接近角 $ -64.81^\circ $ および $ 0.4822 R_E $ と $ 1.768 R_E $ の分離ベクトルといった軌道パラメータでモデリングした。
• リムダークニングパラメータ（R、V、MACHO-Rバンド）を適用し、源星半径通過時間 $ t_* = 0.16 $ 日を推定した。
• $ t_* $ と $ t_E $ から、$ \mu = 6.7 \pm 1.7 $ mas/yr の固有運動が導かれた。これにより、銀河系運動論と明るさ制約を用いて距離と質量を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数レンズによる光曲線の複雑さを考慮しても、重力マイクロレンズ法は連星系を周回する惑星を検出可能か？
• RQ2 MACHO-97-BLG-41の光曲線が単一レンズおよび静的二重レンズモデルから逸脱した理由は何か？これによりレンズ系に何が示唆されるか？
• RQ3 観測された異常は、連星軌道の惑星か、二重源星系か、どちらによって最も適切に説明できるか？
• RQ4 レンズ系の動力学的パラメータ（質量、分離距離、軌道配置）は何か？理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ5 この検出結果は、これまでの認識よりも短周期連星系に木星質量惑星がより一般的である可能性を示唆するか？

主な発見

• 最良適合モデルでは、全質量 $ 0.8 \pm 0.4 \, M_\odot $ のレンズ系が、距離 $ 6.3^{+0.6}_{-1.3} \, \text{kpc} $ に位置している。
• 二つの星の質量は $ M_1 = 0.6 \pm 0.3 \, M_\odot $ と $ M_2 = 0.16 \pm 0.08 \, M_\odot $ であり、K型矮星とM型矮星の連星と整合的である。
• 惑星の質量は $ 0.0033 \pm 0.0017 \, M_\odot $ で、$ 3.5 \pm 1.8 $ Jupiter質量に相当し、重心からの投影分離距離は $ 5.7^{+0.6}_{-1.1} \, \text{AU} $ である。
• 惑星と連星重心間の最も確実な三次元分離距離は $ 7.0 \, \text{AU} $ であり、星間分離距離は $ 1.8 \, \text{AU} $ である。
• 源星の半径通過時間 $ t_* = 0.16 \, \text{days} $ と固有運動 $ \mu = 6.7 \pm 1.7 \, \text{mas/yr} $ は、$ 8.5 \, \text{kpc} $ の銀河中心領域の源星と整合的である。
• MACHOデータには顕著な色シフトが観測されず、二重源星が主な説明である可能性は排除され、異常の原因は惑星に起因する可能性が高まった。