[論文レビュー] New Planetary Systems from the Calan-Hertfordshire Extrasolar Planet Search and the Core Accretion Mass Limit

J. S. Jenkins, H. R. A. Jones+23 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、CORALIE、HARPS、MIKE機器からの radial velocity データを用いて、8つの新しい巨大系外惑星の発見と、既知の4つの惑星の軌道の更新を報告している。質量関数の3 M_J近辺での切り捨てが観測され、コア降着の質量限界を示唆しており、指数関数的フィットがべき乗則よりも優れていることから、惑星形成モデルに対する制約が得られた。

ABSTRACT

We report the discovery of eight new giant planets, and updated orbits for four known planets, orbiting dwarf and subgiant stars, using the CORALIE, HARPS, and MIKE instruments as part of the Calan-Hertfordshire Extrasolar Planet Search. We include radial velocity data prior- and post-2014 CORALIE upgrade and our Bayesian updating method returned a systematic offset of 19.2$\pm$4.8 m/s between the two velocity sets for our stars. The planets have masses in the range 1.1-5.4M$_{ m{J}}$s, orbital periods from 40-2900 days, and eccentricities from 0.0-0.6. They include a double-planet system orbiting the most massive star in our sample (HD147873), two eccentric giant planets (HD128356$b$ and HD154672$b$), and a rare 14~Herculis analogue (HD224538$b$). We find that there is an over-abundance of Jupiter-mass objects compared to a simple power law fit to the mass function, with a steep increase in the planet frequency around 3M$_{ m{J}}$, reflecting the increased efficiency of planet formation towards lower masses. We show that an exponential function provides a better fit to the data. This truncation of the mass function could provide the sought after upper limit of planetary-masses that can be formed by gas accretion onto a forming proto-planet, constraining future hydrodynamical models. We also confirm the growing body of evidence that low-mass planets tend to be found orbiting more metal-poor stars than giant planets, yet the functional form of the mass distribution does not change with metallicity. Finally, we observe a possible period-metallicity correlation and speculate on its origin.

研究の動機と目的

• 高精度な radial velocity データを用いて、矮星および準巨星を公転する新たな巨大系外惑星を同定すること。
• 惑星質量関数の形状を特定し、単純なべき乗則から逸脱しているかどうかを評価すること。
• コア降着によって形成された惑星の上限質量が存在するかを調査し、流体力学的モデルを制約すること。
• 惑星質量分布と星の金属量の関係、特に周期-金属量相関の可能性を検討すること。

提案手法

• CORALIE、HARPS、MIKE分光計の radial velocity 測定値を用いて、惑星信号を検出した。
• 2014年以前と以降のCORALIE機器のアップグレードによる系統的ずれ（19.2 ± 4.8 m/s）をベイズ的手法を用いて補正した。
• 統計的フィットの優位性を評価するため、べき乗則と指数関数的関数の両方を用いて惑星質量関数をフィットした。
• 惑星の公軌道パラメータ、母星の金属量、公軌道周期の間の相関関係を分析した。
• 以前に知られていた惑星の更新された軌道解を用いて、全体のサンプルの一貫性を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 惑星質量関数が3 M_J近辺で切り捨てられているか。これはコア降着の物理的上限を示唆するか。
• RQ2 観測された質量分布に対して、指数関数的関数が単純なべき乗則よりも優れたフィットを示すか。
• RQ3 低質量惑星は金属量が低い星の周囲に偏って形成されるのか。金属量に応じてその傾向は変化するか。
• RQ4 惑星の公軌道周期と母星の金属量の間に有意な相関が存在するか。

主な発見

• 惑星質量関数は3 M_J近辺で急激に増加しており、低質量域での形成効率の向上を示唆している。
• 指数関数的関数がべき乗則よりも統計的に顕著に優れたフィットを示しており、質量関数における物理的切り捨てを示唆している。
• 2014年以前と以降のCORALIEデータ間に19.2 ± 4.8 m/sの系統的ずれが検出され、ベイズ的手法を用いて補正された。
• 本研究では、低質量惑星が金属量が低い星の周囲に多く見られることが確認されたが、金属量の違いに関わらず質量分布の関数的形は変化しなかった。
• 周期-金属量相関が観測された可能性があるが、その起源はまだ推測の域を出ない。
• コア降着によって形成された惑星の候補上限質量が得られ、今後の流体力学的モデルの制約に貢献した。