[論文レビュー] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs, No evidence for a super-Earth in a 2-day orbit around GJ 1151

M. Perger, I. Ribas+21 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用数 17

ひとこと要約

本研究は、中程度のM型矮星GJ 1151の径速度（RV）データを再分析し、2.02日軌道上に2.5 M⊕のスーパーアースが存在するとの主張を検証する。CARMENESによる70件の新しいRV測定値に加え、HARPS-NおよびHPFのデータを組み合わせた結果、2.02日周期に顕著な周期的信号は検出されず、信号はおそらくモデル化されていない長期的傾向およびデータオフセットに起因すると結論された。解析により、RV半振幅の99.9%信頼区間上限は1.50 m s⁻¹に設定され、5日軌道における最小惑星質量が1.2 M⊕未満であることを示し、提案された惑星は除外された。

ABSTRACT

The interaction between Earth-like exoplanets and the magnetic field of low-mass host stars are considered to produce weak emission signals at radio frequencies. A study using LOFAR data announced the detection of radio emission from the mid M-type dwarf GJ 1151 that could potentially arise from a close-in terrestrial planet. Recently, the presence of a 2.5-Me planet orbiting GJ 1151 with a 2-day period has been claimed using 69 radial velocities (RVs) from the HARPS-N and HPF instruments. We have obtained 70 new high-precision RV measurements in the framework of the CARMENES M-dwarf survey and use these data to confirm the presence of the claimed planet and to place limits on possible planetary companions in the GJ 1151 system. We analyse the periodicities present in the combined RV data sets from all three instruments and calculate the detection limits for potential planets in short-period orbits. We cannot confirm the recently-announced candidate planet and conclude that the 2-day signal in the HARPS-N and HPF data sets is most probably produced by a long-term RV variability possibly arising from an outer planetary companion yet unconstrained. We calculate a 99.9% significance detection limit of 1.50 ms-1 in the RV semi-amplitude, which places upper limits of 0.7 Me and 1.2 Me to the minimum masses of any potential exoplanets with orbital periods of 1 and 5 days, respectively.

研究の動機と目的

• M型矮星GJ 1151の2.02日軌道上に存在すると主張される2.5 M⊕のスーパーアースの検出を、新しい高精度径速度（RV）データを用いて検証すること。
• 以前に報告された2.02日周期のRV信号が、星の活動性やデータ処理の系統的誤差に起因するものかどうかを評価すること。
• 統合されたRVデータセットを用いて、GJ 1151の短周期軌道における低質量惑星の検出限界を特定すること。
• LOFARが報告した電波放射信号が、近軌道の岩石惑星の存在と整合的かどうかを評価すること。

提案手法

• 2016年から2020年の間に、カライェホ天文台に設置されたCARMENES分光計を用いて、GJ 1151の70件の新しい高精度径速度測定値を取得した。
• 公開済みの20件のHARPS-N RVデータと、非公開データリリースから得た25件のHPF RVデータを統合し、servalおよびterraパイプラインを用いて一貫したデータ処理を実施した。
• 全RVデータセットに対して、周期的信号の検出を目的とした統合ピリオドグラムおよびベイズ解析を実施した。これには2.02日周期の候補惑星も含まれる。
• 低周波数の変動を除去するため、線形傾向（1.73 m s⁻¹ yr⁻¹）と長周期信号（>300日）をフィットして差し引いた後、再び周期性を評価した。
• 0.1%の有意水準で、ブートストラップ偽アラーム確率法を用いて検出限界を計算し、1〜5日間の軌道周期における最小検出可能な惑星質量を特定した。
• 残差RV散乱（約3.3 m s⁻¹）を用いて、低振幅の惑星信号に対するデータセットの感度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mahadevanら（2021年）が報告した2.02日周期の径速度信号は、星の活動性やデータ処理の系統的誤差に起因するものなのか、それとも真の惑星信号なのか？
• RQ2 CARMENESによる70件の新しいRV測定値を加えることで、GJ 1151の2日軌道上に存在するとされる2.5 M⊕のスーパーアースを確認できるか？
• RQ3 統合された全RVデータセットに基づき、GJ 1151の短周期軌道（1〜5日）における低質量惑星の検出限界は何か？
• RQ4 もし惑星信号が確認されない場合、Vedanthamら（2020年）が報告したGJ 1151の電波放射信号は、近軌道の岩石惑星の存在と整合的であるだろうか？

主な発見

• Mahadevanら（2021年）が報告した2.02日周期の径速度信号は確認されず、未モデル化の長期的傾向および機器間のデータオフセットに起因する可能性が最も高い。
• 統合されたRVデータに、顕著な線形傾向（1.73 m s⁻¹ yr⁻¹）と長周期信号（>300日）が同定され、これが一時的な周期性を説明している。
• 傾向と長周期信号を除去した残差において、2.02日周期に顕著な周期性は検出されず、2.02日軌道の惑星の証拠はないことが示された。
• RV半振幅の99.9%信頼区間上限は1.50 ± 0.07 m s⁻¹であり、1日軌道では最小惑星質量の上限が0.72 M⊕、5日軌道では1.23 M⊕に相当する。
• データセットは、残差散乱（3.3 m s⁻¹）のおよそ2.2倍小さいRV半振幅の惑星信号を検出可能なほど感度が高く、低質量惑星に対する高い感度を確認した。
• 2.5 M⊕のスーパーアースが2.02日周期で存在すると予測される信号（4.1 m s⁻¹）は、検出限界を大きく上回るため、99.9%の有意水準でその存在は否定された。