[論文レビュー] The HARPS-N Rocky Planet Search I. HD219134b: A transiting rocky planet in a multi-planet system at 6.5 pc from the Sun

F. Motalebi, S. Udry+37 more|University of Birmingham Research Portal (University of Birmingham)|Jul 30, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 84被引用数 81

ひとこと要約

本論文では、HD 219134 b の発見を報告する。これは、6.5 pc 離れに位置し、既知の最も近いトランジットを示す岩石惑星であり、HARPS-N の岩石惑星探索計画の最初の成果である。ラジアル速度測定とスパイitzerの光度測定を用いて、3.09日公軌道の 4.46 M⊕ のスーパーアースが確認され、平均密度は 5.89 g cm⁻³、コア質量分率は約 22% であった。これは、地球型惑星に類似した岩石質の組成を示している。

ABSTRACT

We present here the detection of a system of four low-mass planets around the bright (V=5.5) and close-by (6.5 pc) star HD219134. This is the first result of the Rocky Planet Search program with HARPS-N on the TNG in La Palma. The inner planet orbits the star in 3.0937 +/-0.0004 days, on a quasi-circular orbit with a semi-major axis of 0.0382 +/- 0.0003 AU. Spitzer observations allowed us to detect the transit of the planet in front of the star making HD219134b the nearest known transiting planet to date. From the amplitude of the radial-velocity variation (2.33 +/- 0.24 m/s) and observed depth of the transit (359 +/- 38 ppm), the planet mass and radius are estimated to be 4.46 +/- 0.47 M_{\oplus} and 1.606 +/- 0.086 R_{\oplus} leading to a mean density of 5.89 +/- 1.17 g/cc, suggesting a rocky composition. One additional planet with minimum mass of 2.67 +/- 0.59 M_{\oplus} moves on a close-in, quasi-circular orbit with a period of 6.765 +/- 0.005 days. The third planet in the system has a period of 46.78 +/- 0.16 days and a minimum mass of 8.7 +/- 1.1 M{\oplus}, at 0.234 +/- 0.002 AU from the star. Its eccentricity is 0.32 +/- 0.14. The period of this planet is close to the rotational period of the star estimated from variations of activity indicators (42.3 +/- 0.1 days). The planetary origin of the signal is, however, the preferred solution as no indication of variation at the corresponding frequency is observed for activity-sensitive parameters. Finally, a fourth additional longer-period planet of mass of 62 +/- 6 M_{\oplus} orbits the star in 1190 days, on an eccentric orbit (e=0.27 +/- 0.11) at a distance of 2.14 +/- 0.27 AU.

研究の動機と目的

• HARPS-N を用いた高精度ラジアル速度測定を用いて、近くの明るい星の周りに低質量惑星を検出・特徴づけること。
• スパイザー宇宙望遠鏡の光度測定を用いて、系の内側の惑星のトランジットを探索すること。
• 質量、半径、密度といった物理的性質を特定し、惑星の組成を評価すること。
• HD 219134 の多惑星系の動的構造を調査し、軌道要素や共鳴の可能性を検討すること。
• 近接性と明るさを考慮し、将来的な大気および内部構造の特徴づけに最適な標的として HD 219134 を確立すること。

提案手法

• Telescopio Nazionale Galileo の HARPS-N スペクトログラフを用いて、高精度ラジアル速度測定が実施された。
• スパイザー宇宙望遠鏡が近赤外光度測定を実施し、内側の惑星 HD 219134 b のトランジットを探索した。
• ラジアル速度データは、ケプラー軌道フィットを用いてモデル化され、軌道要素と最小質量が特定された。
• スパイザーのデータから得られたトランジット深度と持続時間は、円軌道を仮定して惑星の半径を導出するために用いられた。
• 惑星の質量と半径を組み合わせて平均密度を計算し、内部構造モデルとの比較により組成を推定した。
• 活動指標をモニタリングして、ラジアル速度信号が星の活動由来でないことを確認し、惑星由来であると結論づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 219134 b はトランジットを示す惑星であるか？その半径と公軌道周期は？
• RQ2 HD 219134 b の質量と密度は？これは岩石質か、揮発性物質を多く含む組成を示唆するか？
• RQ3 HD 219134 の周囲の多惑星系の動的構造は？軌道離心率や周期は？
• RQ4 46.78日周期の信号は星の活動由来である可能性があるか？それとも惑星由来であるか？
• RQ5 この系の近接性と明るさは、将来的な大気および内部構造の特徴づけにどのように有利に働くか？

主な発見

• HD 219134 b は 6.5 pc 離れに位置し、既知の最も近いトランジットを示す系外惑星であり、V 等級は 5.5 で、これまでに発見された中で最も明るいトランジット惑星系である。
• 惑星の質量は 4.46 ± 0.47 M⊕、半径は 1.606 ± 0.086 R⊕ であり、平均密度は 5.89 ± 1.17 g cm⁻³ であった。これは岩石質の組成に一致する。
• コア質量分率は約 22% と推定され、地球に類似した組成を示すが、地球の 30% に比べてわずかに鉄含有量が低い。
• この系には他の3つの惑星が存在する：6.765日公軌道の 2.67 M⊕ の惑星、46.78日公軌道で離心率 0.32 の 8.7 M⊕ の惑星、1190日公軌道で離心率 0.27 の 62 M⊕ の惑星。
• 46.78日周期の信号は星の活動由来ではない。その周波数で活動指標に変調は検出されず、惑星由来であると支持する。
• この系の近接性と明るさのおかげで、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）、TESS および他の近い将来のミッションによる大気研究に最適な標的である。