[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXII. Only 4 planets in the Gl~581 system

T. Forveille, X. Bonfıls+15 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、ESOの3.6-m望遠鏡に搭載されたHARPS機器の径速度データを再分析し、Gl 581系に提案された2つのスーパーアース惑星（Gl 581fおよびGl 581g）の存在を再評価した。以前の119件の測定値に加えて121件の新しい測定値を追加した結果、これらの惑星の存在を支持する有意な信号は検出されず、Vogtら（2010）が報告したパラメータではそれらが存在する可能性は低いと結論づけた。また、最も内側の惑星Gl 581eの transit を高い信頼性で除外した。

ABSTRACT

The Gl 581 planetary system has generated wide interest, because its 4 planets include both the lowest mass planet known around a main sequence star other than the Sun and the first super-Earth planet in the habitable zone of its star. A recent paper announced the possible discovery of two additional super-Earth planets in that system, one of which would be in the middle of the habitable zone of Gl 581. The statistical significance of those two discoveries has, however, been questioned. We have obtained 121 new radial velocity measurements of Gl 581 with the HARPS spectrograph on the ESO 3.6 m telescope, and analyse those together with our previous 119 measurements of that star to examine these potential additional planets. We find that neither is likely to exist with their proposed parameters. We also obtained photometric observations with the 2.5 m Isaac Newton Telescope during a potential transit of the inner planet, Gl 581e, which had a 5% geometric transit probability. Those observations exclude transits for planet densities under 4 times the Earth density within -0.2 sigma to +2.7 sigma of the predicted transit center.

研究の動機と目的

• Gl 581系に提案された2つのスーパーアース惑星（Gl 581fおよびGl 581g）の統計的有意性を検証すること。
• 既知の4つの惑星（b, c, d, e）の径速度残差に、Gl 581fおよびGl 581gの周期で整合性のある信号が含まれるかを評価すること。
• Isaac Newton望遠鏡を用いた高精度の光度観測を用いて、Gl 581eの転位の可能性を評価すること。
• Gl 581系に確認済みの4つの惑星の軌道パラメータおよび最小質量を精緻化すること。
• 観測された径速度残差がノイズと整合するか、あるいは追加の惑星信号を要するかを検討すること。

提案手法

• ESOの3.6-m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を用いて、Gl 581の121件の新しい高精度径速度測定値を取得した。
• Mayorら（2009）が以前に発表した119件の径速度データポイントと組み合わせた。
• Gl 581b, c, d, eの軌道パラメータおよび最小質量を精緻化するために、組み合わせた径速度データに4惑星モデルをフィットした。
• 4惑星モデルの残差を分析することで、Gl 581f（433日）およびGl 581g（33日）の周期で整合性のある信号があるかを検証した。
• Gl 581fおよびGl 581gと同一のパラメータを持つ惑星の検出可能性を評価するため、ピリオドグラム解析を実施し、診断感度を確認するための位相シフトテストも実施した。
• 2.5-mのIsaac Newton望遠鏡を用いて、Gl 581eの予想される転位ウィンドウ中にGl 581の光度観測を実施し、0.08%のrms精度を達成した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gl 581系の径速度残差に、Gl 581fが主張する433日周期で整合性のある信号が存在するか？
• RQ2 Gl 581gが提案する33日周期で、径速度データに有意な信号が存在するか？
• RQ3 観測された径速度残差はノイズによって完全に説明可能か、それとも追加の惑星信号を要するか？
• RQ4 光度観測に基づくと、最も内側の惑星Gl 581eはその主星を転位する可能性が高いか？
• RQ5 利用可能な光度データで、Gl 581eの転位をどの程度の深さまで除外できるか？

主な発見

• 4惑星モデルの残差では、Gl 581f（433日）およびGl 581g（33日）の周期に整合性のある信号は検出されず、これらの周期で1.2 m/sの信号の証拠も見つからなかった。
• Vogtら（2010）の報告と同一のパラメータを持つ惑星を追加すると、残差の自由度修正済みカイ二乗統計量が75%増加し、フィットが著しく悪化した。
• Gl 581fおよびGl 581gの周期に合わせて、振幅と位相を自由に最適化して2つの追加惑星をフィットした結果、得られた振幅はそれぞれ16 cm/sおよび40 cm/sにとどまり、期待される1.2 m/sの振幅とは著しく低い値であった。
• 光度観測により、予想される転位中心の-20分から+210分の間で、Gl 581eの転位が0.06%より深い深さであることは除外された。これは、最小密度が地球の4.4倍以上であることを示唆している。
• Gl 581dの再評価された最小質量は現在6 M⊕に修正され、岩石質の組成がより可能性が高くなり、生命の可能性も向上した。
• この系には4つの惑星しか存在せず、Gl 581fおよびGl 581gの存在はデータによって支持されていない。