[論文レビュー] The HARPS search for Earth-like planets in the habitable zone: I -- Very low-mass planets around HD20794, HD85512 and HD192310

F. Pepe, C. Lovis+8 more|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|Aug 17, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 42被引用数 171

ひとこと要約

本研究では、太陽型の星の生命的領域に低質量系外惑星を検出する目的で、HARPS分光計を用いた高精度径速度サーベイの最初の結果を提示する。HD20794の周囲に3つのスーパーリアスを特定し、HD85512の生命圏の内側縁に位置する3.6 M⊕の惑星を発見した。また、HD192310の周囲ではNeptune質量の惑星に加え、外側生命圏に第二の同伴天体を確認し、太陽に似た星の周囲に低質量惑星が広く存在することを示した。

ABSTRACT

In 2009 we started an intense radial-velocity monitoring of a few nearby, slowly-rotating and quiet solar-type stars within the dedicated HARPS-Upgrade GTO program. The goal of this campaign is to gather very-precise radial-velocity data with high cadence and continuity to detect tiny signatures of very-low-mass stars that are potentially present in the habitable zone of their parent stars. Ten stars were selected among the most stable stars of the original HARPS high-precision program that are uniformly spread in hour angle, such that three to four of them are observable at any time of the year. For each star we recorded 50 data points spread over the observing season. The data points consist of three nightly observations with a total integration time of 10 minutes each and are separated by two hours. This is an observational strategy adopted to minimize stellar pulsation and granulation noise. We present the first results of this ambitious program. The radial-velocity data and the orbital parameters of five new and one confirmed low-mass planets around the stars HD20794, HD85512, and HD192310 are reported and discussed, among which is a system of three super-Earths and one that harbors a 3.6 Earth-mass planet at the inner edge of the habitable zone. This result already confirms previous indications that low-mass planets seem to be very frequent around solar-type stars and that this may occur with a frequency higher than 30%

研究の動機と目的

• 太陽型の星の生命圏に、非常に低質量の惑星、特に岩石質のスーパーリアスを検出すること。
• 超高精度の径速度測定を用いて、安定で静穏でゆっくり回転する星の周囲に低質量惑星がどれほど頻繁に存在するかを評価すること。
• 地球に似た惑星を持つ惑星系が一般的かどうか、特に内在的活動が低い星の周囲で検証すること。
• 高頻度の観測と複数エポックの観測により、星のノイズを最小限に抑えることで検出感度を向上させること。

提案手法

• ESO 3.6 m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を用いて、ラ・シリャ天文台で高頻度の径速度測定を実施した。
• 1日3回の観測を実施し、各観測は2時間おきに10分間の積算時間で行い、粒状対流や脈動ノイズの影響を軽減した。
• 星の活動状態は、log(R′_HK)インデックスとバイセクタースパン（BIS）を用いてモニタリングし、惑星信号と星の変動を区別した。
• 径速度変動のケプラー運動モデルを用いて軌道パラメータを導出した。
• 分光的安定性と測定精度を向上させるために、HARPSのデータ還元パイプラインを更新した。
• 統計的検証を実施し、特に0.56 m s⁻¹程度の低振幅信号（スーパーリアスに相当）に特に注意を払った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽型の星の生命圏に、低質量惑星、特にスーパーリアスや岩石惑星がどれほど頻繁に存在するか？
• RQ2 超高精度の径速度測定で、0.56 m s⁻¹の信号（2.4 M⊕の惑星に相当）を検出できるか？
• RQ3 log(R′_HK)やBISといった星の活動指標は、惑星信号と星のノイズをどのように区別するのを支援するか？
• RQ4 静穏で安定した星の周囲に、複数の低質量惑星が一般的に見られるか？
• RQ5 HD85512の生命圏内縁に位置する3.6 M⊕の惑星が、岩石質の天体として確認できるか？

主な発見

• HD20794の周囲に、最小質量がそれぞれ2.4、4.0、8.4 M⊕の3つのスーパーリアスが検出され、それぞれの公軌道周期は40日、18日、90日であった。
• HD85512の周囲に3.6 M⊕の惑星が58日周期で発見され、この晩期K型星の生命圏の内側縁に位置していた。
• HD20794系の40日周期惑星の径速度半振幅はわずか0.56 m s⁻¹であり、これまでに検出された最低の惑星信号である。
• HD192310の周囲にNeptune質量の惑星（m sin i ≈ 14 M⊕）が確認され、外側生命圏に同程度の質量を持つ第二の同伴天体が広い軌道上に存在した。
• log(R′_HK)とBISの測定は、ミリデックスおよび1 m s⁻¹未満の精度で行われ、惑星信号と星の信号を確実に分離できた。
• HARPS機器は十分な径速度精度と分光的安定性を達成しており、星のノイズに対しても低質量惑星を検出可能であり、このようなサーベイの実現可能性を確認した。