[論文レビュー] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: High-resolution optical and near-infrared spectroscopy of 324 survey stars

A. Reiners, M. Zechmeister+171 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Nov 17, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 86被引用数 105

ひとこと要約

本論文はCARMENES M-dwarf 調査サンプルの 324 星を提示し、高分解能の光学/NIR スペクトルを提供し、 RV、回転、活性を分析して波長ごとの RV 精度を評価します。

ABSTRACT

The CARMENES radial velocity (RV) survey is observing 324 M dwarfs to search for any orbiting planets. In this paper, we present the survey sample by publishing one CARMENES spectrum for each M dwarf. These spectra cover the wavelength range 520--1710nm at a resolution of at least $R > 80,000$, and we measure its RV, H$α$ emission, and projected rotation velocity. We present an atlas of high-resolution M-dwarf spectra and compare the spectra to atmospheric models. To quantify the RV precision that can be achieved in low-mass stars over the CARMENES wavelength range, we analyze our empirical information on the RV precision from more than 6500 observations. We compare our high-resolution M-dwarf spectra to atmospheric models where we determine the spectroscopic RV information content, $Q$, and signal-to-noise ratio. We find that for all M-type dwarfs, the highest RV precision can be reached in the wavelength range 700--900nm. Observations at longer wavelengths are equally precise only at the very latest spectral types (M8 and M9). We demonstrate that in this spectroscopic range, the large amount of absorption features compensates for the intrinsic faintness of an M7 star. To reach an RV precision of 1ms$^{-1}$ in very low mass M dwarfs at longer wavelengths likely requires the use of a 10m class telescope. For spectral types M6 and earlier, the combination of a red visual and a near-infrared spectrograph is ideal to search for low-mass planets and to distinguish between planets and stellar variability. At a 4m class telescope, an instrument like CARMENES has the potential to push the RV precision well below the typical jitter level of 3-4ms$^{-1}$.

研究の動機と目的

• 324 の M-dwarf 星の CARMENES GTO サンプルを紹介し、各星について1つの高分解能スペクトルを公表する。
• 520–1710 nm にわたる高分解能 M-dwarf スペクトルのアトラスを提供し、大気モデルと比較する。
• M-dwarf に対する波長の関数として RV 精度と情報含有量を定量化する。
• 星の自転（v sin i）と H-alpha 活性を測定し、活性に起因する RV ジッターを研究する。
• 絶対 RV を Gaia RV 標準に較正し、低質量星周辺の惑星探査の土台を築く。

提案手法

• CARMENES VIS (R~94,600, 520–960 nm) および NIR (R~80,400, 960–1710 nm) での観測。
• 最適抽出データ処理とオーダーごとの相関により RV および v sin i を推定。
• 星ごとにスペクトルを階段合成して高 S/N を達成し、テンプレート参照に対する平均 RV を算出。
• RV 情報含有量 (Q) およびスペクトroscopic RV 精度を波長全体で経験的に評価。
• Gaia RV 標準星 (Soubiran et al. 2013) への結合による絶対 RV の較正。
• 観測スペクトルと PHOENIX 大気モデルの比較により、線リストと分子特徴を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CARMENES を用いる M-dwarf に対して、RV 情報含有量と達成可能な RV 精度の波長依存性はどのようになるか？
• RQ2 異なる M-dwarf サブタイプ（M0–M9）に対して、どのスペクトル領域が最も多くの RV 情報を提供するか？
• RQ3 星の活動性（H-alpha）と自転（v sin i）は VIS および NIR チャンネル全体の RV 測定にどう影響するか？
• RQ4 520–1710 nm にわたる高分解能 M-dwarf スペクトルを現在の大気モデルはどれだけ再現できているか？

主な発見

• すべての M 種で最高の RV 精度は 700–900 nm の範囲で達成される。
• 長波長での観測は、最新のスペクトル型（M8–M9）のみで同等の RV 精度を得られる。
• 非常に遅い M-dwarf において長波長で 1 m s−1 の RV 精度を達成するにはおそらく 10 m クラスの望遠鏡が必要。
• 4 m クラスの望遠鏡では、CARMENES のような機器は RV 精度を通常のジッターレベルである 3–4 m s−1 未満に大きく押し下げる可能性がある。
• 324 星中 75 個が顕著な回転展開（v sin i > 2 km s−1）を示し、H-alpha 放出との活性相関を示す。
• 絶対 RV は Gaia RV 標準に較正され、共有ターゲットについて文献値と約 100 m s−1 以内の一致を示す。
• 本調査は高分解能 M-dwarf スペクトルのアトラスを提供し、コミュニティ利用のため各星につき1つのスペクトルを公表する。