[論文レビュー] Search for giant planets in M67 IV: survey results

Anna Brucalassi, J. Koppenhoefer+10 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Mar 13, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、太陽年齢の開放集団M67を標的とした7年間の径速度サーベイの結果を提示する。高精度分光計（HARPS, SOPHIE, HRS, HARPS-N, CORALIE）を用いて、3つのホットジュピターと1つの巨大惑星を検出。M67におけるホットジュピターの発生率は約5.7%であり、フィールド星と比較して顕著に高いが、総合的な巨大惑星の頻度（約18%）はフィールド統計と一致する。

ABSTRACT

We present the results of a seven-year-long radial velocity survey of a sample of 88 main-sequence and evolved stars to reveal signatures of Jupiter-mass planets in the solar-age and solar-metallicity open cluster M67. We aim at studying the frequency of giant planets in this cluster with respect to the field stars. In addition, our sample is also ideal to perform a long-term study to compare the chemical composition of stars with and without giant planets in detail. We analyzed precise radial velocity (RV) measurements obtained with five different instruments. We conducted Monte Carlo simulations to estimate the occurrence rate of giant planets in our radial velocity survey. All the planets previously announced in this RV campaign with their properties are summarized here: 3 hot Jupiters around the main-sequence stars YBP1194, YBP1514, and YBP401, and 1 giant planet around the evolved star S364. Two additional planet candidates around the stars YBP778 and S978 are also analyzed in the present work. We discuss stars that exhibit large RV variability or trends individually. For 2 additional stars, long-term trends are compatible with new binary candidates or substellar objects, which increases the total number of binary candidates detected in our campaign to 14. Based on the Doppler-detected planets discovered in this survey, we find an occurrence of giant planets of ~18.0%(+12.0/-8.0%) in the selected period-mass range. This frequency is slightly higher but consistent within the errors with the estimate for the field stars, which leads to the general conclusion that open cluster and field statistics agree. However, we find that the rate of hot Jupiters in the cluster (~5.7%(+5.5/-3.0%)) is substantially higher than in the field.

研究の動機と目的

• 太陽年齢・太陽金属量を有する開放集団M67における巨大惑星の頻度を特定し、フィールド星の統計と比較すること。
• 密度の高い集団環境が、特にホットジュピターの形成や生存に影響を与えるかどうかを調査すること。
• 均質な集団サンプルにおいて、巨大惑星を有する星とない星の間で、長期間にわたる化学組成の比較を実施すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、開放集団における径速度サーベイの検出効率と完全性を評価すること。
• 長期間の径速度傾向を用いて、連星候補および亜惑星天体を同定・特徴化すること。

提案手法

• 精密な径速度（RV）測定は、ESO 3.6m、OHP、HET、TNG、Eulerスイス望遠鏡に搭載されたHARPS、SOPHIE、HRS、HARPS-N、CORALIE分光計を用いて複数の望遠鏡で実施された。
• 1.0〜1000日間の公軌道周期および0.2〜10.0 $M_{J}$の質量範囲における巨大惑星の検出効率を推定するために、モンテカルロシミュレーションが用いられた。
• 観測検出限界を補正するために、データにシミュレートされた惑星信号を注入する統計モデルを用いて、巨大惑星の発生率が計算された。
• 長期的なRV傾向や大きな散らばりを示す星は個別に分析され、連星系や亜惑星同伴の存在が評価された。
• ドップラー検出法により、星の径速度曲線における周期的または定常的なRV変動から、惑星信号が推定された。
• M67の均質な年齢と金属量のおかげで、惑星を有する星とない星の間で直接比較が可能となった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フィールド星と比較して、開放集団M67における巨大惑星（1.0〜1000日、0.2〜10.0 $M_{J}$）の発生率はどの程度か？
• RQ2 M67におけるホットジュピターの頻度は、フィールドと顕著に異なるか？ これは、密度の高い集団環境における惑星形成に何を示唆するか？
• RQ3 M67の星における長期的径速度傾向は、連星系や亜惑星同伴の存在をどのように示唆するか？
• RQ4 集団環境は、特にホットジュピターの形成に、どのように惑星系の動的進化に影響を与えるか？
• RQ5 均質なサンプルにおいて、M67の星の化学組成は、惑星を有する星とない星を区別するために用いることができるか？

主な発見

• 主系列星YBP1194、YBP1514、YBP401の周囲に3つの確認済みホットジュピターが検出され、進化した星S364の周囲に1つの巨大惑星が検出された。
• YBP778およびS978の周囲に2つの追加の惑星候補が同定され、RV傾向から惑星または連星同伴の可能性が示唆された。
• 選択された周期・質量範囲における巨大惑星の発生率は約18.0%であり、90%信用区間は $^{+12.0}_{-8.0}$%で、フィールド星の統計と一致する。
• M67におけるホットジュピターの発生率は約5.7%であり、90%信用区間は $^{+5.5}_{-3.0}$%で、フィールドのレートよりも顕著に高い。
• 2つの星で長期的なRV傾向が観測され、新たな連星または亜惑星候補と整合的であった。これにより、本サーベイにおけるそのような候補の合計数は14に増加した。
• 結果は、密度の高い集団環境が、惑星の形成や動的移動を促進する可能性があるという仮説を支持しており、星間接近による惑星の不安定化の可能性にもかかわらずそうである。