[論文レビュー] SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates. VIII. KOI-205 b: a brown-dwarf companion to a K-type dwarf

R. F. Díaz, C. Damiani+10 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Feb 11, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 49被引用数 58

ひとこと要約

本論文は、K0型の矮星の周りを11.72日周期で公転する、質量39.9 ± 1.0 M_Jup、半径0.81 ± 0.02 R_Jupの本物の褐色矮星KOI-205 bの発見を報告する。SOPHIE分光計による径速度測定とKeplerの光度計測データを用いて、この同伴天体が transit を示す褐色矮星であることが確認され、このような系が、潮汐的飲み込みの仮説に反して、後期の星の近くの軌道で安定して保てる可能性が示された。

ABSTRACT

We report the discovery of a transiting brown dwarf companion to KOI-205, a K0 main-sequence star, in a 11.720125-day period orbit. The transits were detected by the Kepler space telescope, and the reflex motion of the star was measured using radial velocity observations obtained with the SOPHIE spectrograph. The atmospheric parameters of the host stars were determined from the analysis of high-resolution, high signal-to-noise ratio ESPaDOns spectra obtained for this purpose. Together with spectrophotometric measurements recovered from the literature, these spectra indicate that the star is a mildly metallic K0 dwarf with Teff 5237 $\pm$ 60 K. The mass of the companion is 39.9 $\pm$ 1.0 MJup and its radius is 0.81 $\pm$ 0.02 RJup, in agreement with current theoretical predictions. This is the first time a bona fide brown dwarf companion is detected in orbit around a star of this type. The formation and orbital evolution of brown dwarf companions is briefly discussed in the light of this new discovery.

研究の動機と目的

• 径速度および光度計測データを用いて、KOI-205 bがK型星の本物の褐色矮星伴星であることを確認すること。
• 対流層を持つ星の周囲に近接した褐色矮星軌道が、潮汐的飲み込みの仮説に反して安定であるかを調査すること。
• 極めて希少で良好に特徴付けられた系の軌道的および物理的パラメータを分析することで、褐色矮星の形成および進化経路を制限すること。
• 潮汐的および磁気的減速効果をモデル化することで、質量の大きな同伴天体を伴う系における角運動量の進化をよりよく理解すること。

提案手法

• SOPHIE分光計（オート・プロヴァンス天文台の1.93m望遠鏡に搭載）を用いて径速度測定を実施。分解能は約40,000、1ピクセルあたりSN比は7〜16の間であった。
• 高分解能・高SN比のESPaDOnSスペクトルを用いて、母星の大気パラメータ（有効温度5237 ± 60 K、金属量[Fe/H] = 0.14 ± 0.12 dex）を決定した。
• Keplerのロング・カデンス光度計測（29.4分間隔）を用いてトランジットをモデル化。混雑度補正にはKeplerアーカイブのクラウディング値を用い、シーズン2のデータは過大評価された混雑度のため別個に処理した。
• マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）アルゴリズムを用いて、公転周期（11.7201248 ± 2.1e-6日）、中間トランジット時刻、離心率（99％信頼区間で<0.031）、および軌道傾き（88.456 ± 0.055°）を含む、軌道的および物理的パラメータをフィットした。
• 潮汐的進化モデルを適用し、同期化を仮定し、特徴的な時定数（約500 Myr）とSkumanich型の磁気的減速を用いて長期的安定性を評価した。
• 系全体の全角運動量をコリレーション状態の臨界値と比較し、一定角運動量曲線におけるエネルギー最小値を分析することで安定性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 K型星の対流層を持つ星の周囲に近接した軌道にある褐色矮星が、潮汐的飲み込みの仮説に反して生存可能であるか？
• RQ2 KOI-205 bの真の質量および半径は何か？ そして理論的予測と比較するとどうなるか？
• RQ3 KOI-205 bの観測された軌道的配置は安定な平衡状態を示唆するか？ また、磁気的減速は長期的進化にどのような役割を果たすか？
• RQ4 系の角運動量予算は、長期的安定性にどのように影響を与えるか？ そして、コリレーション状態に達する可能性はあるか？

主な発見

• KOI-205 bは、質量39.9 ± 1.0 M_Jup、半径0.81 ± 0.02 R_Jupの確認済みの褐色矮星であり、現在の理論的モデルと整合的である。
• 母星はK0型矮星で、有効温度5237 ± 60 K、金属量[Fe/H] = 0.14 ± 0.12 dex、質量0.925 ± 0.033 M_⊙である。
• 公転周期は11.7201248 ± 2.1e-6日で、軌道傾き88.456 ± 0.055°であるため、ほぼ側面から見通された軌道である。
• 全角運動量が臨界値を上回っているため、潮汐的飲み込みに対して安定であり、系は安定なコリレーション状態へと進化する。
• 磁気的減速による角運動量損失を極端に仮定しても、数千ギガ年を超える時間スケールで安定である。
• 本発見により、対流層を持つK型星が質量の大きな近接した褐色矮星伴星を有することが可能であることが示され、それらの不安定性に関する従来の仮説に挑戦した。