[論文レビュー] Precise radial velocities of giant stars IX. HD 59686 Ab: a massive circumstellar planet orbiting a giant star in a ~13.6 au eccentric binary system

M. C. Gálvez-Ortiz, S. Reffert+12 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 145被引用数 39

ひとこと要約

本研究では、K-巨星であるHD 59686 Aを公転する質量下限が6.92 M_Jupの巨大な系外惑星HD 59686 Abの発見を報告している。この惑星は、約13.6 auの距離に位置する、非常に近接で離心率の高い二重星系の片方の星を周回している。高精度な径速度測定と赤外分光法により、星の活動性が除外され、信号の惑星起源が確認された。この結果は、近接した二重星系内での標準的な惑星形成理論に挑戦するものである。

ABSTRACT

Context: For over 12 yr, we have carried out a precise radial velocity survey of a sample of 373 G and K giant stars using the Hamilton Échelle Spectrograph at Lick Observatory. There are, among others, a number of multiple planetary systems in our sample as well as several planetary candidates in stellar binaries. Aims: We aim at detecting and characterizing substellar+stellar companions to the giant star HD 59686 A (HR 2877, HIP 36616). Methods: We obtained high precision radial velocity (RV) measurements of the star HD 59686 A. By fitting a Keplerian model to the periodic changes in the RVs, we can assess the nature of companions in the system. In order to discriminate between RV variations due to non-radial pulsation or stellar spots we used infrared RVs taken with the CRIRES spectrograph at the Very Large Telescope. Additionally, to further characterize the system, we obtain high-resolution images with LMIRCam at the Large Binocular Telescope. Results: We report the likely discovery of a giant planet with a mass of $m_{p}~\sin i=6.92_{-0.24}^{+0.18}~M_{Jup}$ orbiting at $a_{p}=1.0860_{-0.0007}^{+0.0006}$ au from the giant star HD 59686 A. Besides the planetary signal, we discover an eccentric ($e_{B}=0.729_{-0.003}^{+0.004}$) binary companion with a mass of $m_{B}~\sin i=0.5296_{-0.0008}^{+0.0011}~M_{Sun}$ orbiting at a semi-major axis of just $a_{B}=13.56_{-0.14}^{+0.18}$ au. Conclusions: The existence of the planet HD 59686 Ab in a tight eccentric binary system severely challenges standard giant planet formation theories and requires substantial improvements to such theories in tight binaries. Otherwise, alternative planet formation scenarios such as second generation planets or dynamical interactions in an early phase of the system's lifetime should be seriously considered in order to better understand the origin of this enigmatic planet.

研究の動機と目的

• 進化した巨星HD 59686 Aの周囲に、準惑星的および恒星的伴星を検出・特徴づけること。
• 径速度変動が惑星信号由来であるか、それとも脈動や spots などの星の活動性由来であるかを特定すること。
• 特に近接した二重星伴星の存在を考慮した、系の動的構造を調査すること。
• 質量の大きな惑星が、密な離心率の高い二重星系内に存在する場合、標準的な惑星形成理論が成立するかを評価すること。
• 第二世代惑星や初期系進化段階における動的相互作用といった、代替的形成メカニズムを検討すること。

提案手法

• 12年間にわたり、リーク天文台に設置されたHamilton Échelle分光計を用いて、高精度な径速度測定を実施した。
• 惑星伴星の軌道パラメータを決定するために、RVデータにケプラー軌道モデルを適合させた。
• 非常に大型望遠鏡に搭載されたCRIRES分光計による赤外線径速度測定を用いて、星の活動性と惑星信号を区別した。
• 大型望遠鏡のLMIRCamを用いた高分解能画像法により、二重星伴星を解像し、特徴づけた。
• 統計的解析として、GLS周期ogramを適用し、惑星信号の周期性と有意性を確認した。
• 潮汐的遮断と円盤不安定性モデルを用いて、二重星環境下での現地形成の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 巨星HD 59686 Aの周囲で検出された周期的径速度信号の性質は何か？
• RQ2 観測されたRV変動は、惑星伴星由来とみなせるのか、それとも脈動や spots などの星の活動性由来とみなせるのか？
• RQ3 この系における恒星二重星伴星の軌道的構造と質量は何か？
• RQ4 1.09 auの距離に存在する質量の大きな惑星は、密な二重星系内での標準的惑星形成理論に整合するか？
• RQ5 第二世代惑星や動的相互作用といった代替的形成メカニズムが、HD 59686 Abの存在を説明できるか？

主な発見

• 質量下限が6.92 M_Jupで、軌道長半径が1.0860 auの質量の大きな惑星HD 59686 Abが確認された。
• この系には、質量が0.5296 M_sun、離心率が0.729で、主星から13.56 auの距離に位置する恒星二重星伴星が存在する。
• 赤外線径速度測定により、星の活動性が信号の原因でないことが除外され、径速度変動の惑星由来が確認された。
• この惑星の軌道は、このような二重星系における円盤の潮汐的遮断半径の内側に位置しており、コア集積または円盤不安定性による現地形成は現実的でない。
• 約13.6 auの距離に近接した二重星系内に質量の大きな惑星が存在することは、標準的な惑星形成理論に挑戦し、代替的メカニズムの必要性を示唆している。
• 第二世代惑星仮説（白色矮星残骸の周囲の円盤から惑星が形成された）は、確認はされていないが、依然としてこの系の起源を説明する妥当な仮説のままである。