[論文レビュー] SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates. XIII. KOI-189 B and KOI-686 B: two very low-mass stars in long-period orbits

R. F. Díaz, G. Montagnier+11 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Oct 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 63被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、ケプラーのトランジット候補であるKOI-189およびKOI-686の径速度追跡観測をSOPHIE分光計を用いて実施し、これらが非常に低質量の星であり、長期間で離心率の高い軌道を回っていることが判明した。精密な質量および半径測定から、KOI-189 Bの密度は理論的モデルが予測する値よりも顕著に低く、星構造モデルの重要な検証事例となっている。

ABSTRACT

We present the radial-velocity follow-up of two Kepler planetary transiting candidates (KOI-189 and KOI-686) carried out with the SOPHIE spectrograph at the Observatoire de Haute Provence. These data promptly discard these objects as viable planet candidates and show that the transiting objects are in the regime of very low-mass stars, where a strong discrepancy between observations and models persists for the mass and radius parameters. By combining the SOPHIE spectra with the Kepler light curve and photometric measurements found in the literature, we obtain a full characterization of the transiting companions, their orbits, and their host stars. The two companions are in significantly eccentric orbits with relatively long periods (30 days and 52.5 days), which makes them suitable objects for a comparison with theoretical models, since the effects invoked to understand the discrepancy with observations are weaker for these orbital distances. KOI-189 B has a mass M = 0.0745 +/- 0.0033 Msun and a radius R = 0.1025 +/- 0.0024 Rsun. The density of KOI-189 B is significantly lower than expected from theoretical models for a system of its age. We explore possible explanations for this difference. KOI-189 B is the smallest hydrogen-burning star with such a precise determination of its fundamental parameters. KOI-686 B is larger and more massive (M = 0.0915 +/- 0.0043 Msun; R = 0.1201 +/- 0.0033 Rsun), and its position in the mass-radius diagram agrees well with theoretical expectations.

研究の動機と目的

• ケプラーのトランジット候補KOI-189およびKOI-686の真の性質を、径速度追跡観測によって特定すること。
• SOPHIEとケプラーのデータを統合して、これらの系の質量、半径、軌道パラメータ、および母星の性質を特徴付けること。
• 観測された質量-半径関係を理論的予測と比較することで、特に非常に低質量星に対して理論的星構造モデルを検証すること。
• 長期間で離心率の高い軌道における潮汐力および磁気的活動が星の半径の拡大に与える影響を評価すること。
• 径速度残差を用いて、これらの系における追加の同伴星の上限を設定すること。

提案手法

• フランス・オベール・ド・オート・プロヴァンス天文台の1.93m望遠鏡に搭載されたSOPHIE分光計を用いて、高精度の径速度測定を実施した。
• SOPHIEの径速度データとケプラーの光曲線および光度計測データを統合し、軌道パラメータおよび星の性質を導出した。
• モデルパラメータの事後分布をサンプリングし、不確実性を評価するためにマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）アルゴリズムを採用した。
• 径速度データにケプラー軌道モデルをフィットさせ、離心率および周期を含む軌道要素を決定した。
• スペクトルエネルギー分布（SED）および星の大気モデルを用いて、母星の効果的温度、金属量、表面重力加速度を導出した。
• 1日から300日までの軌道周期にわたるMCMC事後サンプルからの残差を分析し、追加の同伴星の上限を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KOI-189およびKOI-686は、惑星のトランジットとして説明されるよりも、星の同伴として説明されるべきであるか？
• RQ2 KOI-189 BおよびKOI-686 Bの測定された質量と半径は、非常に低質量星に対する理論的予測とどのように一致するか？
• RQ3 軌道の離心率および長期間の軌道周期が、潮汐同期化および磁気的活動に与える影響は何か？
• RQ4 KOI-189 Bで観測された半径の拡大は、現在の星構造モデルで説明可能か？
• RQ5 これらの系における、さまざまな軌道周期における追加の同伴星の上限は何か？

主な発見

• KOI-189 Bは非常に低質量の星であり、質量は0.0745 ± 0.0033 M⊙、半径は0.1025 ± 0.0024 R⊙であり、このような精度の高い基本的パラメータを持つ水素核融合星としては最小である。
• KOI-189 Bの密度は理論的モデルが予測する値よりも顕著に低く、低質量星構造理論における持続的な不一致を示している。
• KOI-686 Bの質量は0.0915 ± 0.0043 M⊙、半径は0.1201 ± 0.0033 R⊙であり、質量-半径図における位置は理論的期待と整合的である。
• 両系ともに長期間（30.0日および52.5日）で離心率の高い軌道を回っており、潮汐効果が小さく、半径拡大のモデル検証に適している。
• KOI-189では、20〜60日までの軌道周期において、1 M_Jupより大きな同伴星は除外され、それ以上の周期では線形に上限が上昇する。
• KOI-686では、約60日未満の周期では数ジュピター質量以上の同伴星は許されず、観測点が少ないためやや緩い上限が得られている。