[論文レビュー] Precise Radial Velocities of 2046 Nearby FGKM Stars and 131 Standards

Carly Chubak, G. Marcy+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 34

ひとこと要約

本研究では、ケックおよびリック天文台のデータを用い、ヨウ素吸収セルを装備した観測により、2046個の近傍のFGKM型星および131個の径速度標準星について、0.1 km s⁻¹の精度で非常に高精度な径速度を測定した。G2V型星のための0.01 km s⁻¹の精度を持つ新たな安定した速度ゼロポイントを確立し、長期的安定性（RMS < 0.03 km s⁻¹）を示す131個の星のリファレンスセットを提供することで、系外惑星探査および銀河運動論の研究におけるキャリブレーションの向上を可能にした。

ABSTRACT

We present radial velocities with an accuracy of 0.1 km/s for 2046 stars of spectral type F,G,K, and M, based on 29000 spectra taken with the Keck I telescope. We also present 131 FGKM standard stars, all of which exhibit constant radial velocity for at least 10 years, with an RMS less than 0.03 km/s. All velocities are measured relative to the solar system barycenter. Spectra of the Sun and of asteroids pin the zero-point of our velocities, yielding a velocity accuracy of 0.01 km/s for G2V stars. This velocity zero-point agrees within 0.01 \kms with the zero-points carefully determined by Nidever et al. (2002) and Latham et al. (2002). For reference we compute the differences in velocity zero-points between our velocities and standard stars of the IAU, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, and l'Observatoire de Geneve, finding agreement with all of them at the level of 0.1 km/s. But our radial velocities (and those of all other groups) contain no corrections for convective blueshift or gravitational redshifts (except for G2V stars), leaving them vulnerable to systematic errors of 0.2 \kms for K dwarfs and ~0.3 km/s for M dwarfs due to subphotospheric convection, for which we offer velocity corrections. The velocities here thus represent accurately the radial component of each star's velocity vector. The radial velocity standards presented here are designed to be useful as fundamental standards in astronomy. They may be useful for Gaia (Crifo et al. 2010, Gilmore et al. 2012} and for dynamical studies of such systems as long-period binary stars, star clusters, Galactic structure, and nearby galaxies, as will be carried out by SDSS, RAVE, APOGEE, SkyMapper, HERMES, and LSST.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、2046個の近傍FGKM型星の径速度を1 km s⁻¹未塔の精度で測定すること。
• 少なくとも10年間にわたり長期間安定性（RMS < 0.03 km s⁻¹）を示す131個の径速度標準星を同定・特徴化すること。
• 太陽および小惑星のスペクトルを用いて、G2V型星に対して0.01 km s⁻¹の精度で正確な速度ゼロポイントを確立すること。
• システム的誤差を最小限に抑えた基準系を提供し、今後のガイア、SDSS、APOGEE、LSSTなどの調査に貢献すること。
• 特にKおよびM型矮星において、対流ブルースフットおよび重力赤方偏移によるシステム的誤差を特定・補正すること。

提案手法

• ケックI望遠鏡とHIRES分光計、ヨウ素セルを用いて、約29,000枚のスペクトルを取得した。
• 星の吸収ラインおよびヨウ素の吸収ラインのドップラーシフト解析により、太陽系重心を基準とした径速度を測定した。
• 太陽および小惑星のスペクトルを用いて速度ゼロポイントをピン留めし、G2V型星に対して0.01 km s⁻¹の精度を達成した。
• 国際天文学連合（IAU）、ハーバード＝スミスソニアン、ジェネヴァ天文台の既存基準と比較したところ、0.1 km s⁻¹以内の一致が得られた。
• 下層対流に起因するシステム的誤差を同定・補正し、K型星に対しては約0.2 km s⁻¹、M型星に対しては約0.3 km s⁻¹の補正を推定した。
• 標準星の長期モニタリングを用いて、複数十年にわたる安定性を確認し、速度スケールの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 候補標準星の長期間にわたる径速度安定性はいかほどであり、径速度調査の根本的キャリブレーションとして利用可能か？
• RQ2 ヨウ素セル分光法を用いたFGKM型星の径速度測定精度はどの程度で、達成可能なゼロポイント精度は？
• RQ3 KおよびM型矮星の径速度測定において、対流ブルースフットおよび重力赤方偏移がどれほどシステム的誤差を引き起こすか？
• RQ4 本研究の径速度は、Nidever et al. (2002) や Udry et al. (1999) などの既存調査と比較してどの程度一致するか、差異の原因は何か？
• RQ5 本研究で確立した速度ゼロポイントは、異なる星型や観測所にわたって一貫して適用可能か、国際基準と比較してどうか？

主な発見

• 2046個のFGKM型星の径速度測定は0.1 km s⁻¹の精度を達成しており、G2V型星の速度ゼロポイントは0.01 km s⁻¹の精度で正確である。
• 131個の標準星は10年以上にわたり、RMS散乱が0.03 km s⁻¹未塔の長期的安定性を示し、根本的基準としての資格を有する。
• 太陽および小惑星スペクトルから導かれた速度ゼロポイントは、Nidever et al. (2002) や Latham et al. (2002) と0.01 km s⁻¹以内で一致した。
• Udry et al. (1999) との比較では、星の色に応じたゼロポイントオフセットが約0.15 km s⁻¹の系統的差異として認められ、色依存性のゼロポイント誤差が示された。
• Nidever et al. (2002) との比較では、F、G、K型星の共同RMS散乱が0.1 km s⁻¹であり、速度スケールおよびゼロポイントの整合性が確認された。
• M型星については、Nidever et al. (2002) とのRMS散乱が0.13 km s⁻¹であり、ゼロポイント差は無視できるほど小さく、複数の調査間での高い一貫性が示された。