[論文レビュー] The GAPS Programme with HARPS-N at TNG XV. A substellar companion around a K giant star identified with quasi-simultaneous HARPS-N and GIANO measurements

E. González-Álvarez, L. Affer+35 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、K巨星星TYC 4282-605-1の周りを101.54日、離心率e = 0.28の軌道で公転する、10.78 ± 0.12 M_Jの亜木星質量の補助天体を、準同時的な可視光(HARPS-N)および近赤外(GIANO)径速度測定によって確認した。バンドに跨る信号の非色分散性（アキロマティック性）は、星の活動性を除外し、周期的な径速度変動の惑星起源を裏付けた。

ABSTRACT

Context. Identification of planetary companions of giant stars is made difficult because of the astrophysical noise, that may produce radial velocity (RV) variations similar to those induced by a companion. On the other hand any stellar signal is wavelength dependent, while signals due to a companion are achromatic. Aims. Our goal is to determine the origin of the Doppler periodic variations observed in the thick disk K giant star TYC 4282-605-1 by HARPS-N at the Telescopio Nazionale Galileo (TNG) and verify if they can be due to the presence of a substellar companion. Methods. Several methods have been used to exclude the stellar origin of the observed signal including detailed analysis of activity indicators and bisector and the analysis of the photometric light curve. Finally we have conducted an observational campaign to monitor the near infrared (NIR) RV with GIANO at the TNG in order to verify whether the NIR amplitude variations are comparable with those observed in the visible. Results. Both optical and NIR RVs show consistent variations with a period at 101 days and similar amplitude, pointing to the presence of a companion orbiting the target. The main orbital properties obtained for our giant star with a derived mass of M=0.97+-0.03M_sun are M_Psini=10.78+-0.12MJ;P=101.54+-0.05days;e=0.28+-0.01 and a=0.422+-0.009AU. The chemical analysis shows a significant enrichment in the abundance of Nai, Mgi, Ali and S i while the rest of analyzed elements are consistent with the solar value demonstrating that the chemical composition corresponds with an old K giant (age = 10.1 Gyr) belonging to local thick disk. Conclusions. We conclude that the substellar companion hypothesis for this K giant is the best explanation for the observed periodic RV variation. This study also shows the high potential of multi-wavelength RV observations for the validation of planet candidates.

研究の動機と目的

• HARPS-Nを用いて観測されたK巨星星TYC 4282-605-1における周期的径速度変動の原因を特定すること。
• 惑星補助天体と星の活動性信号の間で、惑星のドップラーシフトを模倣する可能性があるため、それらを区別すること。
• TNGのGIANOによる近赤外径速度測定を用いて、信号の惑星起源を検証すること。
• 多波長径速度データを用いて補助天体の軌道的および物理的性質を制約すること。
• 惑星仮説を支持するため、主星の進化状態および化学組成を評価すること。

提案手法

• 同じ対象に対して、可視光帯（380–690 nm）のHARPS-Nと近赤外帯（0.9–2.5 μm）のGIANOを用いて、高精度な径速度測定を取得した。
• 両機器からの径速度測定にクロス相関関数（CCF）法を適用し、波長域を跨ぐ一貫性を確保した。
• 星の活動性指標（バイセクタースパン、Sインデックス）および光度曲線を分析し、活動性に起因する信号を除外した。
• ケプラー軌道モデルを用いて径速度データにフィットさせ、軌道パラメータを導出した。
• 星の進化状態および金属量を評価するため、詳細な化学組成分析を実施した。
• 可視光帯および近赤外帯における径速度変動の振幅および位相を比較し、色分散性をテストすることで、星の活動性と惑星信号を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TYC 4282-605-1における観測された101日周期の径速度変動は、亜惑星補助天体に起因するものか、それとも星の活動性に起因するものか？
• RQ2 近赤外径速度測定により、信号の非色分散性（アキロマティック性）を示すことで、惑星起源を確認できるか？
• RQ3 補助天体の軌道解および物理的性質（質量、周期、離心率、半長径）は何か？
• RQ4 K巨星の化学組成は、古く厚いディスク星としての分類を支持するか？
• RQ5 この系の進化的運命は何か。特に、惑星が主星に飲み込まれる可能性は？

主な発見

• 可視光帯および近赤外帯における径速度変動は、振幅および位相で一貫しており、周期は101.54 ± 0.05日であり、強く惑星起源を支持する。
• 補助天体の最小質量は10.78 ± 0.12 M_Jであり、亜惑星天体であることを示し、半長径は0.422 ± 0.009 AUの軌道を公転している。
• 軌道の離心率は0.28 ± 0.01であり、潮汐力による完全な円形化が起こっていないことを示し、星が初期赤色超巨星分枝段階にあることと整合的である。
• 星はα要素（Na i, Mg i, Al i, Si i）が強化されており、厚いディスク星と化学的に整合的で、年齢は10.1 Gyrである。
• 惑星は非常に近い軌道（a sin i / R ≈ 5）にあるため、今後の進化段階で主星に飲み込まれると予想される。これは潮汐破壊限界に近い。
• 本研究は、進化した星の周囲に存在する惑星候補を検証するための多波長径速度モニタリングの有効性を示した。特に、星の活動性と惑星信号の区別に有効である。