[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets. IX. Exoplanets orbiting HD 100777, HD 190647, and HD 221287

D. Naef, M. Mayor+9 more|ArXiv.org|Apr 6, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 21被引用数 42

ひとこと要約

本論文では、HARPS分光計を用いた高精度径速度測定により、太陽型の星のまわりに3つの系外惑星を検出した。HD 100777b（1.16 M_Jup、384日公軌道、e=0.36）、HD 190647b（1.9 M_Jup、1038日公軌道、e=0.18）、HD 221287b（3.1 M_Jup、456日公軌道、e≈0.08）である。HD 221287の異常な大きな残差は、スポットに起因するラインプロファイル変化による星の活動が、軌道解の精度に影響を与えるノイズの原因である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The HARPS high-resolution high-accuracy spectrograph is offered to the astronomical community since the second half of 2003. Since then, we have been using this instrument for monitoring radial velocities of a large sample of Solar-type stars (~1400 stars) in order to search for their possible low-mass companions. Amongst the goals of our survey, one is to significantly increase the number of detected extra-solar planets in a volume-limited sample to improve our knowledge of their orbital elements distributions and thus obtain better constraints for planet-formation models. In this paper, we present the HARPS radial-velocity data and orbital solutions for 3 Solar-type stars: HD 100777, HD 190647, and HD 221287. The radial-velocity data of HD 100777 is best explained by the presence of a 1.1 M_Jup planetary companion on a 384--day eccentric orbit (e=0.36). The orbital fit obtained for the slightly evolved star HD 190647 reveals the presence of a long-period (P=1038 d) 1.9 M_Jup planetary companion on a moderately eccentric orbit (e=0.18). HD 221287 is hosting a 3.1 M_Jup planet on a 456--day orbit. The shape of this orbit is not very well constrained because of our non-optimal temporal coverage and because of the presence of abnormally large residuals. We find clues for these large residuals to result from spectral line profile variations probably induced by stellar activity related processes.

研究の動機と目的

• 体積限定サンプルにおける系外惑星の検出数を増加させ、惑星形成モデルの制約を強化すること。
• 高精度径速度データを用いて、木星型惑星の軌道要素分布を特徴づけること。
• 特に活動的なF型星において、星の活動が径速度測定に与える影響を調査すること。
• 限られた時間的カバー範囲を持つ長周期惑星同伴の軌道解の精度を向上させること。

提案手法

• 高分解能HARPSスペクトルからの径速度を、交差相関関数（CCF）手法を用いて測定した。
• 周期的信号を示す惑星同伴の同定を目的に、径速度データにケプラー軌道解をフィットさせた。
• 星の活動に起因するラインプロファイル変化を検出するため、CCFのバイセクタスパンを分析した。
• 軌道フィットの残差を検討し、周期性およびバイセクタススパンとの相関関係を評価することで、活動性による汚染の程度を評価した。
• スピアマンの順位相関係数を含む統計的検定を用いて、残差とラインプロファイル変化との相関の有意性を評価した。
• 最良のケプラー・モデルから、最小質量（m₂sin i）および半長軸を含む軌道パラメータを導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HARPS径速度モニタリングにより、HD 100777、HD 190647、HD 221287の惑星同伴の軌道パラメータは何か？
• RQ2 なぜHD 221287の径速度残差は測定不確かさよりも著しく大きくなっているのか、その原因は何か？
• RQ3 CCFバイセクタスパンで示されるラインプロファイル変化と、HD 221287系の径速度残差との相関はどの程度強いのか？
• RQ4 星の活動は、HARPS調査における長周期系外惑星の軌道解の信頼性と精度にどのように影響するか？
• RQ5 観測データの品質と残差構造を考慮すると、HD 221287惑星の観測された軌道離心率は信頼性を持って制約できるのか？

主な発見

• HD 100777には、最小質量1.16 M_Jup、離心率0.36の公軌道384日という惑星同伴が存在する。
• HD 190647には、1.9 M_Jupの惑星が1038日公軌道にあり、やや離心率の高い軌道をとっている。
• HD 221287には、3.1 M_Jupの惑星が456日公軌道にあるが、軌道離心率は poorly constrained（0.0 ≤ e ≤ 0.25）である。
• HD 221287の径速度残差の重み付き平均二乗残差は8.5 m s⁻¹であり、平均測定不確かさ2.1 m s⁻¹を著しく上回っている。
• 径速度残差とCCFバイセクタスパンの間にはわずかな逆相関（ρ = -0.1）が観測され、星の活動が異常な残差に寄与している可能性を示唆している。
• 著者らは、星の自転に伴い変動する冷たいスポットに起因するラインプロファイル変化が、HD 221287系における高残差の最も妥当な説明であると結論づけている。