[論文レビュー] The CORALIE survey for southern extra-solar planets VII. Two short-period Saturnian companions to HD108147 and HD168746

F. Pepe, M. Mayor+6 more|ArXiv.org|Feb 25, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用数 357

ひとこと要約

本論文では、1.2-m Euler望遠鏡に搭載されたCORALIE分光計による高精度径速度測定を用いて、2つの低質量系外惑星—HD 108147 b（1.34 M_Sat）およびHD 168746 b（0.77 M_Sat）—の発見を報告する。研究では、光子ノイズと大気吸収線の残余を低減するための重み付き相互相関手法と洗練された数値マスクを導入し、径速度精度を3 m s⁻¹未満に向上させ、0.77 M_Satに達する最小質量の準土星型惑星の検出を可能にした。

ABSTRACT

We present the discovery of two Saturn-mass companions to HD108147 and HD168746. Both belong to the lightest ever discovered planets. The minimum mass of the companion to HD168746 is of only 0.77 the mass of Saturn and its orbital period is 6.4 days. The companion to HD108147 orbits its parent star in 10.9 days and its minimum mass is 1.34 that of Saturn. Its orbit is characterized by a high eccentricity, e=0.50, indicating possibly the presence of a second companion. The detection of Saturn-mass planets by means of the Doppler technique demands high radial-velocity measurement precision. The two new candidates were discovered by means of the CORALIE echelle spectrograph. The instrumental accuracy of CORALIE combined with the simultaneous ThAr-reference technique has reached a level better than 3m/s. On many observed objects the precision is now limited by photon noise. We present in this paper the weighted cross-correlation technique, which leads to an improvement in the photon noise of the computed radial velocity. We discuss as well a modification of the numerical cross-correlation mask which reduces significantly the residual perturbation effects produced by telluric absorption lines.

研究の動機と目的

• 高精度径速度測定を用いて、特に準土星型の伴侶を含む低質量系外惑星を検出すること。
• CORALIEデータにおける光子ノイズと残余系統的ノイズを低減することで、径速度精度を向上させること。
• 信号検出を向上させるために、重み付き相互相関手法と改変された数値相互相関マスクの開発および実装を行うこと。
• 星の活動性や機器効果による影響を除外することで、低振幅径速度信号の惑星的性質を確認すること。
• CORALIE分光計が、土星質量未満の最も軽い既知の系外惑星の検出に果たせる能力を示すこと。

提案手法

• 重み付き相互相関手法を高分解能スペクトルに適用し、径速度測定における光子ノイズを低減した。
• 大気吸収線に起因する残余摂動を抑制するため、洗練された数値相互相関マスクを開発した。
• 観測スペクトルと星の吸収線を表すドップラーシフト付きマスクとの相互相関関数（CCF）を用いて径速度を算出した。
• CCF最小値にガウス分布をフィットすることで径速度ゼロ点を決定し、その不確実性は光子ノイズと機器安定性から導出した。
• 測定誤差からの誤差伝搬を考慮して、径速度時間変動曲線にケプラー運動をフィットさせ、軌道パラメータを導出した。
• 分光計の安定化にThAr基準法を用い、長期間にわたる径速度精度を3 m s⁻¹未満に保った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高度に洗練された径速度データ還元手法により、準土星型質量の系外惑星の検出が向上するか？
• RQ2 重み付き相互相関手法は、径速度測定における光子ノイズをどの程度低減するか？
• RQ3 洗練された数値マスクは、径速度抽出における大気吸収線の残余をどの程度効果的に低減するか？
• RQ4 現在のデータ還元改善を経たCORALIE分光計を用いて、検出可能な最小惑星質量は何か？
• RQ5 低質量惑星に起因する低振幅径速度信号は、星の活動性や機器系統的ノイズと区別できるか？

主な発見

• HD 168746の公転天体は最小質量0.77 M_Satであり、既知の最も軽い系外惑星の一つである。径速度半振幅は27 ± 1 m s⁻¹、公軌道周期は6.403 ± 0.001日である。
• HD 108147の公転天体は最小質量1.34 M_Sat、公軌道周期10.9日、離心率e = 0.50と高く、第二の同伴との動的相互作用の可能性を示唆している。
• 重み付き相互相関手法により、径速度測定における光子ノイズ寄与が約1.25倍低減され、データ精度が向上した。
• 洗練された数値マスクの使用により、大気吸収線に起因する残余摂動が顕著に低減され、信号の忠実度が向上した。
• HD 168746のデータにおける径速度分散は、改善されたデータ還元を適用した後、11.2 m s⁻¹から9.8 m s⁻¹に低下し、赤色二乗誤差（χ²）は1.5に低下した。
• 両惑星に対しては光度的 transit は検出されず、径速度変動が星の活動性や機器効果に起因するものでないことが確認された。