[論文レビュー] Planetary-mass companions to the K-giants BD+15 2940 and HD 233604

G. Nowak, A. Niedzielski+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2013

Scientific Research and Discoveries参考文献 5被引用数 32

ひとこと要約

本論文では、ホビーエーバリー望遠鏡を用いた径速度モニタリングにより、進化したK-巨星星BD+15 2940およびHD 233604の周囲に、2つの惑星質量の伴星が発見されたと報告している。これらの惑星の最小質量はそれぞれ1.1および6.6 M_Jであり、公軌道は0.54 AUおよび0.75 AUに位置する—巨星に近い公軌道に位置する既知の惑星の中でも最も近いものである。これは、主星が進化するに伴い潮汐的飲み込みを受ける可能性があることを示唆し、現在の軌道減衰および惑星生存に関するモデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

We report the discovery of planetary-mass companions to two red giants by the ongoing Penn State - Torun Planet Search (PTPS) conducted with the 9.2-m Hobby-Eberly Telescope. The 1.1 Ms K0-giant, BD+15 2940, has a 1.1 Mj minimum mass companion orbiting the star at a 137.5-day period in a 0.54 AU orbit what makes it the closest - in planet around a giant and possible subject of engulfment as the consequence of stellar evolution. HD 233604, a 1.5 Ms K5-giant, is orbited by a 6.6 Mj minimum mass planet which has a period of 192 days and a semi-major axis of only 0.75 AU making it one of the least distant planets to a giant star. The chemical composition analysis of HD 233604 reveals a relatively high 7Li abundance which may be a sign of its early evolutionary stage or recent engulfment of another planet in the system. We also present independent detections of planetary-mass companions to HD 209458 and HD 88133, and stellar activity-induced RV variations in HD 166435, as part of the discussion of the observing and data analysis methods used in the PTPS project.

研究の動機と目的

• 高精度の径速度測定を用いて、進化した巨星の周囲に惑星質量の伴星を検出・特徴づけること。
• 進化する巨星の近くに位置する惑星の動的運命、特に潮汐的飲み込みの可能性を調査すること。
• 星の進化が惑星系の構造に与える影響、特に小半径軌道に惑星が観測されない欠落現象に焦点を当てる。
• 星の活動性および化学組成が径速度信号および惑星系進化に与える影響を検討すること。
• 赤色巨星および準主系列後期の段階における惑星-星相互作用の理解を深めること。

提案手法

• 径速度測定はホビーエーバリー望遠鏡およびペンシルベニア州立大学-トゥルン惑星サーチ（PTPS）プロジェクトを用いて実施された。
• スペクトルデータは、径速度および星のパラメータを導出するためにスペクトルモデル適合（SME）ツールを用いて分析された。
• 長期的なRVモニタリングから得られた軌道解は、径速度曲線にケプラー軌道をフィットさせることで導出された。
• 高分解能スペクトルからのリチウム含有量を含む星の化学成分が測定され、進化状態および惑星の飲み込みの可能性を推定した。
• 星の活動性に起因するRV変動は、統計的および時間的解析を用いて惑星信号と区別された。
• 理論的潮汐相互作用および軌道減衰モデルが適用され、検出された惑星の安定性および生存可能性が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 進化したK-巨星星BD+15 2940およびHD 233604の周囲に存在する惑星伴星の軌道的構造と質量は何か？
• RQ2 これらの惑星は、赤色巨星ブランチの頂点に達した際に予測される飲み込み半径にどれほど近いか？
• RQ3 潮汐的相互作用および星の進化が、巨星の周囲で観測された惑星の軌道分布にどの程度影響を与えているか？
• RQ4 HD 233604に見られる高いリチウム含有量は、最近の惑星の飲み込みまたは初期進化過程によって説明可能か？
• RQ5 これらの系の力学的性質は、潮汐減衰モデルの予測および観測された惑星系構造とどのように比較できるか？

主な発見

• BD+15 2940の周囲を回る1.1 M_Jの最小質量の惑星は、0.54 AUの公軌道を137.5日周期で回り、赤色巨星ブランチの頂点に達した際の星の予測飲み込み半径内に位置する。
• HD 233604の周囲を回る6.6 M_Jの最小質量の惑星は、0.75 AUの公軌道を192日周期で回り、巨星の周囲に知られている中で最も近い公軌道にある惑星の一つである。
• HD 233604のリチウム含有量は比較的高いが、これは初期進化状態を示唆するか、あるいは最近の惑星の飲み込みを示唆するが、後者はまだ推測の域を出ない。
• BD+15 2940の惑星は0.26 ± 0.1の顕著な離心率を示しており、これは惑星-惑星散乱のような最近の力学的相互作用を示唆している可能性がある。
• このような小半径の軌道に惑星が存在することは、現在の潮汐的飲み込みモデルに挑戦しており、特に質量の大きな惑星はより速やかに軌道減衰し、早期に飲み込まれると予測されている。
• 結果から、星の晩期進化段階における潮汐的相互作用が過大評価されている可能性があり、理論モデルが予測するよりも近い軌道で惑星が生存していることが示唆される。