[論文レビュー] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. First visual-channel radial-velocity measurements and orbital parameter updates of seven M-dwarf planetary systems

Trifon Trifonov, M. Kürster+167 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 77被引用数 61

ひとこと要約

この論文は、CARMENES からの七つの M-dwarf 惑星宿主に対する初の光学的径道速度測定を提示し、軌道パラメータを更新し、CARMENES の性能を HARPS および HIRES と比較し、ほとんどの系で惑星を確認し、GJ15 A と GJ1148 で新しい信号を明らかにしています。

ABSTRACT

Context: The main goal of the CARMENES survey is to find Earth-mass planets around nearby M-dwarf stars. Seven M-dwarfs included in the CARMENES sample had been observed before with HIRES and HARPS and either were reported to have one short period planetary companion (GJ15A, GJ176, GJ436, GJ536 and GJ1148) or are multiple planetary systems (GJ581 and GJ876). Aims: We aim to report new precise optical radial velocity measurements for these planet hosts and test the overall capabilities of CARMENES. Methods: We combined our CARMENES precise Doppler measurements with those available from HIRES and HARPS and derived new orbital parameters for the systems. Bona-fide single planet systems are fitted with a Keplerian model. The multiple planet systems were analyzed using a self-consistent dynamical model and their best fit orbits were tested for long-term stability. Results: We confirm or provide supportive arguments for planets around all the investigated stars except for GJ15A, for which we find that the post-discovery HIRES data and our CARMENES data do not show a signal at 11.4 days. Although we cannot confirm the super-Earth planet GJ15Ab, we show evidence for a possible long-period ($P_{ m c}$ = 7025$_{-629}^{+972}$ d) Saturn-mass ($m_{ m c} \sin i$ = 51.8$_{-5.8}^{+5.5}M_\oplus$) planet around GJ15A. In addition, based on our CARMENES and HIRES data we discover a second planet around GJ1148, for which we estimate a period $P_{ m c}$ = 532.6$_{-2.5}^{+4.1}$ d, eccentricity $e_{ m c}$ = 0.34$_{-0.06}^{+0.05}$ and minimum mass $m_{ m c} \sin i$ = 68.1$_{-2.2}^{+4.9}M_\oplus$. Conclusions: The CARMENES optical radial velocities have similar precision and overall scatter when compared to the Doppler measurements conducted with HARPS and HIRES. We conclude that CARMENES is an instrument that is up to the challenge of discovering rocky planets around low-mass stars.

研究の動機と目的

• 近くにいる M-dwarf 上の地球質量惑星探索を、正確な光学 RV で推進する。
• 7 つの既知の惑星宿主 M ドワーフに対して、CARMENES からの新しく正確な光学 RV 測定を提供する。
• CARMENES データを HIRES および HARPS と組み合わせて、軌道パラメータを精緻化し惑星信号を検証する。
• CARMENES の RV 性能を HARPS および HIRES と比較し、低質量星の岩石惑星発見能力を示す。

提案手法

• CARMENES VIS チャンネル (R = 94,600) で正確な光学径道速度を収集し、SERVAL パイプラインで RV を導出する。
• 未知のノイズを RV の散乱として扱い、ジャitter モデリングを適用せずに CARMENES RV をアーカイブの HIRES および HARPS データと組み合わせる。
• GLS (Generalized Lomb-Scargle) 周期スペクトラムを用いて有意な周期信号を特定し、FAP レベルをブートストラップで推定する。
• 真性の単一惑星系はケプラー力学でフィットし、複数惑星系は Jacobi 座標で自己整合性のある N-体動力学でモデル化する。
• CARMENES の RV に対して日次のゼロ点補正 NZP を適用し、装置系統誤差を緩和して組み合わせフィットを改善する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HIRES および HARPS データと組み合わせた場合、CARMENES 光学 RV 測定は七つの M-dwarf ホスト周囲の既報惑星を確認または反証できるか？
• RQ2 共同のケプラー型（単一惑星）および N-体（多惑星）モデリングの枠組みのもと、これらの系の更新された軌道パラメータは何か？
• RQ3 これらのターゲットに対する CARMENES VIS RV の精度と散乱は HARPS および HIRES と比べてどうか？
• RQ4 組み合わせデータセットで新しい惑星信号が明らかになり、それらは力学的に安定か？

主な発見

• CARMENES の光学 RV は、これらの恒星に対して HARPS および HIRES と同等の精度と散乱を示す。
• GJ 15 A: 11.4 日の信号は再現されず、以前主張された Ab よりも長周期の Saturn 質量伴星（P ≈ 7030 日、m sin i ≈ 51.8 M⊕）の可能性が示唆される。
• GJ 1148: 第二惑星（GJ 1148 c）が発見され、P ≈ 532.6 日、e ≈ 0.342、m sin i ≈ 68.1 M⊕。
• GJ 15 A, GJ 176, GJ 436, GJ 536, GJ 581, および GJ 876: 組み合わせデータは、これらの星周辺に惑星の存在を確認または強く支持し、軌道パラメータを精練する。
• NZP 補正により、7 系の時系列の rms が平均で約 25% 向上し、日次ゼロ点較正の有用性を示す。
• 本論文は、CARMENES が既存の HARPS/HIRES データと組み合わせて、低質量星周辺の岩石惑星の発見と特徴付けに寄与できることを実証している。