[論文レビュー] HADES RV program with HARPS-N at TNG. IX. A super-Earth around the M dwarf Gl686

L. Affer, M. Damasso+26 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 68被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、M1型の恒星を公転するスーパーターテラ exoplanet Gl 686 b の発見を報告している。この惑星の最小質量は 7.1 ± 0.9 M⊕、公軌道周期は 15.532 ± 0.002 日、軌道半径は 0.092 AU である。HARPS-N、HIRES、HARPS の20年間にわたる径速度データに、光度および活動指数解析を組み合わせたベイズ的フレームワークを用いて、強い磁気活動と回転に起因するジッターにもかかわらず、惑星の信号が星の活動ノイズから明確に分離され、惑星の存在が確認された。

ABSTRACT

The HArps-n red Dwarf Exoplanet Survey is providing a major contribution to the widening of the current statistics of low-mass planets, through the in-depth analysis of precise radial velocity measurements in a narrow range of spectral sub-types. As part of that program, we obtained radial velocity measurements of Gl 686, an M1 dwarf at d = 8.2 pc. The analysis of data obtained within an intensive observing campaign demonstrates that the excess dispersion is due to a coherent signal, with a period of 15.53 d. Almost simultaneous photometric observations were carried out within the APACHE and EXORAP programs to characterize the stellar activity and to distinguish periodic variations related to activity from signals due to the presence of planetary companions, complemented also with ASAS photometric data. We took advantage of the available radial velocity measurements for this target from other observing campaigns. The analysis of the radial velocity composite time series from the HIRES, HARPS and HARPS-N spectrographs, consisting of 198 measurements taken over 20 years, enabled us to address the nature of periodic signals and also to characterize stellar physical parameters (mass, temperature, and rotation). We report the discovery of a super-Earth orbiting at a distance of 0.092 AU from the host star Gl 686. Gl 686 b has a minimum mass of 7.1 +/- 0.9 MEarth and an orbital period of 15.532 +/- 0.002 d. The analysis of the activity indexes, correlated noise through a Gaussian process framework and photometry, provides an estimate of the stellar rotation period at 37 d, and highlights the variability of the spot configuration during the long timespan covering 20 yrs. The observed periodicities around 2000 d likely point to the existence of an activity cycle.

研究の動機と目的

• 星の活動に起因する径速度ジッターの影響を受けるM矮星周辺の低質量惑星を、高精度径速度測定を用いて検出すること。
• 複数エポックの径速度データ、光度計測、活動指標を用いて、惑星信号と星の活動を区別すること。
• スーパーターテラを有するM矮星における、星の活動の長期的挙動（回転周期や活動サイクルの有無など）を特定すること。
• 相関ノイズをモデル化するためのガウス過程を含むベイズ的モデル選択フレームワークを用いて、惑星の軌道パラメータと最小質量を特定すること。
• 20年間にわたる複数の観測キャンペーンおよび複数の機器を用いた長期的な信号の安定性と整合性を評価すること。

提案手法

• Telescopio Nazionale Galileo の HARPS-N スペクトログラフを用いて、3回の観測シーズンにわたり径速度測定を実施した。
• HARPS-N のデータを、HIRES および HARPS のアーカイブ径速度データと統合し、20年間にわたる198件の測定値からなる合成時系列を作成した。
• 相関する星の活動ノイズをモデル化するためにガウス過程フレームワークを適用し、信号検出の正確性を向上させた。
• APACHE および EXORAP プログラムの光度曲線、および ASAS データを用いて、星の変光および spots の配置を分析した。
• モデルに 0、1、または 2つの惑星と異なる離心率を含む複数のモデルを比較するベイズ的モデル選択を実施し、1つのケプラー的信号と活動ノイズ用のGPを含む最良の適合モデルを選定した。
• 活動指標（Hα、Sインデックス）および光度データの GLS パワースペクトルを用いて、星の回転周期と活動サイクル長を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gl 686 における15.53日周期の径速度信号は、惑星の同伴に起因するものか、それとも星の活動に起因するものか？
• RQ2 長期的なRV変動と活動ジッターを考慮した場合、惑星の真の最小質量と公軌道周期は何か？
• RQ3 20年間のベースラインにおいて、星の回転周期とspots の配置はどのように変化するか？また、活動サイクルの兆候は見られるか？
• RQ4 M矮星系において、ガウス過程モデルが、相関する星のノイズと惑星信号を効果的に分離できるか？
• RQ5 15.53日周期の信号が20年間にわたって一貫して維持されていることから、その惑星的起源が支持されるか？

主な発見

• 最小質量 7.1 ± 0.9 M⊕、公軌道周期 15.532 ± 0.002 日のスーパーターテラ惑星 Gl 686 b が確認された。
• 15.53日周期の信号は、すべての3回の観測シーズンおよびすべての機器で一貫性があり、惑星的起源を支持する。
• 星の回転周期は約 37 日と推定され、20年間にわたるベースラインでspots の配置の変動が観測された。
• 光度計測および活動指標データから、約2000日周期の長期的活動サイクルの可能性が示唆された。
• ベイズ的モデル選択により、1惑星モデルにケプラー的信号とGPによる活動ノイズを含むモデルが、追加の惑星やノイズモデルなしのモデルよりも強く支持された。
• この惑星は、母星から 0.092 AU の距離に位置し、大気条件次第ではハビタブルゾーンの内側に位置する。