[論文レビュー] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs - HD 147379b: A nearby Neptune in the temperate zone of an early-M dwarf

A. Reiners, I. Ribas+170 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 44被引用数 34

ひとこと要約

本論文は、CARMENES調査による径速度測定とKeck/HIRESデータによる確認を通じて発見された、初期M型矮星HD 147379の温和な温度帯に位置するネプチューン質量の系外惑星HD 147379 bの報告を行っている。この惑星はCARMENESが発見した最初の系外惑星の一つであり、スーパーアースとガス惑星の間のまれな質量範囲に位置し、低質量星周辺の惑星形成および生命可能性に関する重要な知見を提供する。

ABSTRACT

We report on the first star discovered to host a planet detected by radial velocity (RV) observations obtained within the CARMENES survey for exoplanets around M dwarfs. HD 147379 ($V = 8.9$ mag, $M = 0.58 \pm 0.08$ M$_{\odot}$), a bright M0.0V star at a distance of 10.7 pc, is found to undergo periodic RV variations with a semi-amplitude of $K = 5.1\pm0.4$ m s$^{-1}$ and a period of $P = 86.54\pm0.06$ d. The RV signal is found in our CARMENES data, which were taken between 2016 and 2017, and is supported by HIRES/Keck observations that were obtained since 2000. The RV variations are interpreted as resulting from a planet of minimum mass $m_{ m p}\sin{i} = 25 \pm 2$ M$_{\oplus}$, 1.5 times the mass of Neptune, with an orbital semi-major axis $a = 0.32$ au and low eccentricity ($e < 0.13$). HD 147379b is orbiting inside the temperate zone around the star, where water could exist in liquid form. The RV time-series and various spectroscopic indicators show additional hints of variations at an approximate period of 21.1d (and its first harmonic), which we attribute to the rotation period of the star.

研究の動機と目的

• 高精度な径速度測定を用いてM型矮星の周囲に系外惑星を検出・特徴づけること。
• 低質量星の生命的可能性領域に位置する惑星を特定すること。
• 惑星形成モデルにおいて相対的に未だ未発見の多いネプチューン質量惑星の集団を調査すること。
• Gaiaによるアストロメトリック検出可能性とTESSによる軌道通過観測の可能性を評価すること。
• M型矮星周辺の惑星系構造と形成経路の理解を深めること。

提案手法

• 2016年から2017年にかけて、カラホ・オブザーバトリウムの1.23m望遠鏡に搭載されたCARMENES分光計を用いて径速度測定が実施された。
• 径速度信号は、Keck I望遠鏡のHIRES機器による高精度データを用いて相互に検証された。
• 径速度データへのケプラー運動のフィットにより、軌道パラメータ（周期：86.54 ± 0.06日、半振幅：5.1 ± 0.4 m s⁻¹）が導出された。
• 円軌道と縁面傾きを仮定した場合、惑星の最小質量は25地球質量（0.077 M⊕）と推定された。
• アストロメトリック検出可能性は、Gaiaの期待される性能を用いて評価され、星の反射運動の予想半振幅は6.8 µasであった。
• 軌道通過確率は0.8%と計算され、予想される軌道通過深度は5–10 mmagであり、TESSによる軌道通過検出の可能性が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 147379における径速度変動によって検出された惑星の軌道的・物理的性質は何か？
• RQ2 HD 147379 bの質量と軌道的位置は、特にネプチューン質量範囲の他の既知の系外惑星と比較してどう異なるか？
• RQ3 Gaiaがこの惑星のアストロメトリック信号を検出可能か？その測定精度はどの程度か？
• RQ4 軌道通過の有意な確率は存在するか？今後のミッション（例：TESS）がそれを検出可能か？
• RQ5 この惑星の存在が、低質量星周辺の惑星形成モデルに何を示唆するか？

主な発見

• HD 147379 bは、最小質量25地球質量（0.077 M⊕）のネプチューン質量の系外惑星であり、距離10.7 pcの初期M型矮星の周囲を公転している。
• 惑星の公転周期は86.54 ± 0.06日であり、主星に5.1 ± 0.4 m s⁻¹の径速度半振幅を引き起こしている。
• 惑星は主星の温和な温度帯に位置しており、生命可能性研究の対象として有望である。
• 惑星による星のアストロメトリック信号は予想され、4.1 µas（下限）であり、Gaiaが6.8 µasの性能を達成すると予想されるため、検出は可能である。
• 幾何的軌道通過確率はわずか0.8%にとどまるが、惑星は黄道極付近に位置しており、TESSによる検出可能性が高まっている。
• 本発見は、CARMENES調査で確認された最初の系外惑星であり、M型矮星周辺の1～3か月の公転周期の惑星に対する感度を示している。