[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets: XXVIII. Two giant planets around M0 dwarfs

T. Forveille, X. Bonfıls+12 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、ESO 3.6-m望遠鏡に搭載されたHARPSを用いて、M0型矮星の周りで2つの巨大惑星の径速度検出を報告している。Gl 676A（M sin i = 4.87 M_Jup）とHIP 12961（M sin i = 0.35 M_Jup）が対象である。結果は、金属量の高いM矮星の周囲に巨大惑星がより多く存在するという傾向を裏付け、Gl 676Aは顕著に金属量が高い（[Fe/H] = 0.18）ため、質量の大きな円盤におけるコア降着モデルによる巨大惑星形成を支持する。

ABSTRACT

Fewer giants planets are found around M dwarfs than around more massive stars, and this dependence of planetary characteristics on the mass of the central star is an important observational diagnostic of planetary formation theories. In part to improve on those statistics, we are monitoring the radial velocities of nearby M dwarfs with the HARPS spectrograph on the ESO 3.6 m telescope. We present here the detection of giant planets around two nearby M0 dwarfs: planets, with minimum masses of respectively 5 Jupiter masses and 1 Saturn mass, orbit around Gl 676A and HIP 12961. The latter is, by over a factor of two, the most massive planet found by radial velocity monitoring of an M dwarf, but its being found around an early M-dwarf is in approximate line with the upper envelope of the planetary vs stellar mass diagram. HIP 12961 ([Fe/H]=-0.07) is slightly more metal-rich than the average solar neighborhood ([Fe/H]=-0.17), and Gl 676A ([Fe/H=0.18) significantly so. The two stars together therefore reinforce the growing trend for giant planets being more frequent around more metal-rich M dwarfs, and the 5~Jupiter mass Gl 676Ab being found around a metal-rich star is consistent with the expectation that the most massive planets preferentially form in disks with large condensate masses.

研究の動機と目的

• M0型矮星の周囲に巨大惑星が存在する頻度を調査すること。これは、銀河全体で高い頻度を示すにもかかわらず、径速度サーベイにおいては未だに代表されていない。
• 特に質量の大きな惑星の形成効率が、低質量星における星の金属量と相関するかどうかを検証すること。
• M矮星の周囲に既知の巨大惑星のサンプルを拡大することで、惑星形成理論の統計的制約を強化すること。
• 円盤質量と金属量が、コア降着または重力不安定性のメカニズムによる巨大惑星形成に果たす役割を評価すること。
• 低質量星の周囲に質量の大きな惑星を有する系における軌道パラメータを特定し、動的安定性を評価すること。

提案手法

• La Silla観測所に設置されたESO 3.6-m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を用いて、径速度測定が行われた。
• 惑星の軌道要素および最小質量（M sin i）を導出するために、径速度データにケプラー軌道モデルをフィットした。
• 星の金属量（[Fe/H]）は、Schlaufman & Laughlin（2010）のM_Ks 対 V-K_S 平面の補正式を用いて導出された。
• ケプラー軌道モデルの残差を分析し、星の活動性や追加の惑星信号の有無を評価した。
• モデルの適合度を評価し、追加の惑星を検出するために、赤きりん統計（reduced χ²）およびO-C（観測値－計算値）残差を用いた。
• 既存の惑星統計と比較することで、星の質量および金属量の関数としての惑星頻度の傾向を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量の高いM矮星の周囲に巨大惑星がより多く形成されるのか。また、こうした系はコア降着モデルを支持するのか。
• RQ2 M0型矮星の周囲で径速度法で検出可能な惑星の質量上限は何か。既知の系と比較するとどうなるか。
• RQ3 相対的に質量の大きなM0型矮星（0.71 M_☉）の周囲に4.87 M_Jupの巨大惑星が存在することは、現在の惑星形成理論に挑戦するのか。
• RQ4 これらの惑星の軌道的特徴は、惑星質量対星質量図の上端帯（upper envelope）と比較してどうなるか。
• RQ5 観測された径速度残差は、追加の低質量惑星または星の活動性の兆候を示唆しているのか。

主な発見

• M0型矮星Gl 676Aの周囲に、最小質量4.87 M_Jupの巨大惑星が検出され、これはM矮星の周囲で径速度法によって発見された中で最も質量の大きな惑星である。
• HIP 12961の周囲に、最小質量0.35 M_Jupの第二の惑星が検出された。これは太陽系近辺の平均値よりもわずかに金属量が高い初期M型矮星である。
• Gl 676Aの金属量は[Fe/H] = +0.18であり、太陽系近辺の平均値[Fe/H] = -0.17よりも顕著に高い。これは、質量の大きな惑星が金属量の高い環境でより多く形成されることを支持する。
• HIP 12961の金属量は[Fe/H] = -0.07であり、太陽系近辺の平均値を上回っており、金属量と惑星質量の相関関係をさらに強固に裏付けている。
• Gl 676Aの軌道解は、周期1056.8日、離心率e = 0.326、半振幅K = 129.3 m s⁻¹を示しており、中程度の離心率の軌道であることが判明した。
• 追加の惑星の明確な証拠は得られなかったが、残差の散らばりは星の活動性や将来的な複数惑星系の検出の可能性を示唆している。