[論文レビュー] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs Detection of a mini-Neptune around LSPM J2116+0234 and refinement of orbital parameters of a super-Earth around GJ 686 (BD+18 3421)

S. Lalitha, D. Baroch+35 more|arXiv (Cornell University)|May 22, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 92被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、CARMENES径速度データを用いて、M3.0 V型の恒星LSPM J2116+0234の周りを公転する最小質量11.8 M⊕のミニネプチューンの検出を報告している。また、20年分の径速度データを用いて、GJ 686（M1.0 V型）の周りのスーパーアースの軌道パラメータを精緻化した。星の活動を考慮した相関ノイズを含むケプラー運動モデルを用い、それぞれ14.44日および15.53日の周期で惑星信号が確認された。

ABSTRACT

Although M dwarfs are known for high levels of stellar activity, they are ideal targets for the search of low-mass exoplanets with the radial velocity (RV) method. We report the discovery of a planetary-mass companion around LSPM J2116+0234 (M3.0 V) and confirm the existence of a planet orbiting GJ 686 (BD+18 3421; M1.0 V). The discovery of the planet around LSPM J2116+0234 is based on CARMENES RV observations in the visual and near-infrared channels. We confirm the planet orbiting around GJ 686 by analyzing the RV data spanning over two decades of observations from CARMENES VIS, HARPS-N, HARPS, and HIRES. We find planetary signals at 14.44 and 15.53 d in the RV data for LSPM J2116+0234 and GJ 686, respectively. Additionally, the RV, photometric time series, and various spectroscopic indicators show hints of variations of 42 d for LSPM J2116+0234 and 37 d for GJ 686, which we attribute to the stellar rotation periods. The orbital parameters of the planets are modeled with Keplerian fits together with correlated noise from the stellar activity. A mini-Neptune with a minimum mass of 11.8 Me orbits LSPM J2116+0234 producing an RV semi-amplitude of 6.19 m/s, while a super-Earth of mass 6.6 Me orbits GJ 686 and produces an RV semi-amplitude of 3.0 m/s. Both LSPM J2116+0234 and GJ 686 have planetary companions populating the regime of exoplanets with masses lower than 15 Me and orbital periods <20 d.

研究の動機と目的

• M型矮星の周囲に低質量系外惑星を検出すること。M型矮星は、惑星質量あたりの径速度信号が大きいため、生命的な環境を有する惑星探索の優れた標的である。
• M型矮星の星の活動が、径速度変動によって惑星信号に似せた影響を及ぼすという課題を克服すること。
• 複数の機器から得られた長基準の径速度データを統合することで、既知の惑星の軌道パラメータの精度を向上させること。
• 複数エポックの径速度測定と活動指標を用いて、惑星信号と星の活動を区別すること。
• 光度変動および分光的変動を用いて、LSPM J2116+0234およびGJ 686の星の自転周期を特定すること。

提案手法

• LSPM J2116+0234に対して、CARMENES分光計の可視光および近赤外チャネルを用いて径速度測定を取得した。
• GJ 686については、CARMENES-VIS、HARPS-N、HARPS、HIRESの径速度データを統合し、20年以上にわたる観測データを取得した。
• 星の活動を考慮した相関ノイズを含むケプラー運動フィットを用いて惑星信号をモデリングした。
• 非パrametricな星の変動モデリングを用い、同時に径速度時系列および光度時系列をフィットした。
• 活動指標（例：Hα、Ca II H&K）を用いて径速度変動と相関させ、活動に起因する信号を区別した。
• ガウス過程を用いたベイズ統計モデリングを採用し、星の磁気活動に起因する相関ノイズを考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSPM J2116+0234の径速度データに観測された14.44日周期の信号が真の系外惑星を示しており、星の活動に起因する信号と区別可能であるか？
• RQ2 20年以上にわたる観測データを統合したことで、GJ 686の周りのスーパーアースの軌道パラメータを精緻化できるか？
• RQ3 LSPM J2116+0234およびGJ 686の星の自転周期は何か？また、観測された径速度変動とどのように関係しているか？
• RQ4 GJ 686の周りの15.53日周期の惑星信号は単一惑星モデルに整合するか、それ以上の信号が存在するか？
• RQ5 星の活動に起因する相関ノイズを考慮した場合、惑星の径速度半振幅および最小質量はどのように比較されるか？

主な発見

• LSPM J2116+0234の周りを公転するミニネプチューンは、最小質量11.8 M⊕、径速度半振幅6.19 m s⁻¹、公転周期14.44日である。
• GJ 686のスーパーアースの軌道解は、径速度半振幅3.02 m s⁻¹、最小質量6.64 M⊕、公転周期15.5314日へと精緻化された。
• LSPM J2116+0234の星の自転周期は、光度変動および分光的変動を用いて42.0日と特定され、径速度および活動指標に42日周期の信号が観測された。
• GJ 686の星の自転周期は38.4日と推定され、径速度および活動指標に37日周期の信号が観測された。
• GJ 686の精緻化モデルは、0.077の非ゼロの軌道離心率を示しており、従来の円軌道仮定とは異なる。
• 両システムとも単一惑星モデルがデータに最も適合するが、GJ 686のデータには長周期の信号が存在する可能性があり、さらなる観測が必要である。