[論文レビュー] The ELODIE survey for northern extra--solar planets I. 6 new extra--solar planet candidates

C. Perrier, J. P. Sivan+5 more|ArXiv.org|Aug 16, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 38

ひとこと要約

本論文は、オート・プロヴァンス天文台に設置されたELODIE分光計を用いた高精度のドップラー速度測定により、6つの新しい太陽系外惑星候補の検出を報告している。これらの補助天体は、最小質量が2.1〜10.6 M_Jupで、公軌道周期が3年以上にわたる。このことは、15 M_Jupを超える質量関数の尾部が存在することを裏付け、4つの系が近赤外線での適応光学を備えた8m望遠鏡を用いた直接撮像の有効な標的である可能性を示唆している。

ABSTRACT

Precise radial-velocity observations at Haute-Provence Observatory (OHP, France) with the ELODIE echelle spectrograph have been undertaken since 1994. In addition to several discoveries described elsewhere, including and following that of 51 Peg b, they reveal new sub-stellar companions with essentially moderate to long periods. We report here about such companions orbiting five solar-type stars (HD 8574, HD 23596, HD 33636, HD 50554, HD 106252) and one sub-giant star (HD 190228). The companion of HD 8574 has an intermediate period of 227.55 days and a semi--major axis of 0.77 AU. All other companions have long periods, exceeding 3 years, and consequently their semi-major axes are around or above 2 AU. The detected companions have minimum masses m2sini ranging from slightly more than 2 M_Jup to 10.6 M_Jup. These additional objects reinforce the conclusion that most planetary companions have masses lower than 5 M_Jup but with a tail of the mass distribution going up above 15 M_Jup. The orbits are all eccentric and 4 out of 6 have an eccentricity of the order of 0.5. Four stars exhibit solar metallicity, one is metal-rich and one metal-poor. With 6 new extra-solar planet candidates discovered, increasing their total known to-date number to 115, the ELODIE Planet Search Survey yield is currently 18. We emphasize that 3 out of the 6 companions could in principle be resolved by diffraction-limited imaging on 8m-class telescopes depending on the achievable contrast, and therefore be primary targets for first attempts of extra-solar planet direct imaging.

研究の動機と目的

• 太陽型および準巨星の長期間にわたる径速度モニタリングを通じて、新しい太陽系外惑星候補の同定と特徴の特定を目的とする。
• 特に2–10 M_Jupの範囲における、惑星の質量関数および軌道分布の統計的理解を向上させることを目的とする。
• 公軌道周期の長い惑星の補助天体について、軌道分離とシステムパラメータをもとに、直接撮像の可能性を評価することを目的とする。
• ホスト星の化学組成を分析することで、惑星を有する星における金属量傾向の研究に貢献することを目的とする。

提案手法

• オート・プロヴァンス天文台の1.93m望遠鏡に搭載されたELODIEファイバー結合エシェル分光計を用いて、高精度の径速度測定が実施された。
• 各システムに対して単一惑星モデルを仮定し、径速度データにケプラー運動モデルをフィッティングすることで、軌道パラメータが導出された。
• 高SN比のELODIEスペクトルから、星の大気パラメータ（効果的温度、表面重力、金属量）が決定された。
• Kバンド波長域における期待されるコントラストと投影分離（a sin i）に基づいて、直接撮像の可能性が評価された。
• ORBITプログラムを用いたモンテカルロシミュレーションにより、さまざまな仮定下での軌道安定性と検出可能性が評価された。
• 選択されたシステム（例：HD 13507）に対して、適応光学による撮像が実施され、物理的補助天体の探索が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ELODIEサーベイで新たに検出された太陽系外惑星候補の最小質量と公軌道周期の分布はどのようになっているか？
• RQ2 5 M_Jupを超える質量の長周期惑星補助天体は、径速度法で検出可能であるか。このことは、惑星質量関数にどのような含意を持つのか？
• RQ3 新たに発見された系のうち、8mクラス望遠鏡に適応光学を装備した場合、直接撮像の対象として実現可能であるのはどれか？
• RQ4 本サンプルのホスト星の金属量は太陽近傍と比較してどう異なるか。これは惑星形成理論にどのような含意を持つのか？
• RQ5 観測された径速度変動は、惑星補助天体によるものと説明できるのか。それとも、連星系の存在を示唆するのか？

主な発見

• 6つの新しい太陽系外惑星候補が検出され、最小質量は2.1 M_Jupから10.6 M_Jupの範囲で、公軌道周期は227.55日から3年以上にわたる。
• HD 8574の補助天体は周期227.55日、半長径0.77 AUであり、残りの5つは3年以上の周期で、半長径2 AU以上である。
• 6系統のうち4系統で軌道離心率が約0.5に近く、非円形軌道を示している。
• ホスト星には太陽類似金属量のものが4つ、金属過剰（HD 23596、[Fe/H] = +0.32）が1つ、金属欠乏（HD 190228、[Fe/H] = -0.24）が1つあり、惑星を有する星の金属量分布の統計的分布に貢献している。
• 6系統のうち4系統の補助天体が、60 masを超える投影分離を示しており、8m望遠鏡を用いた回折制限Kバンド撮像の潜在的標的である。
• HD 13507の径速度曲線は、後に52 M_Jupの連星系として再解釈された。これは初期分析で星の補助天体が惑星と誤認された可能性を示唆している。