[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets. XXXIV. A planetary system around the nearby M dwarf GJ163, with a super-Earth possibly in the habitable zone

X. Bonfıls, G. Lo Curto+20 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 67被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、8年間にわたりHARPS分光計を用いた径速度測定によって、近くのM3.5型矮星GJ 163の周囲に少なくとも3つの惑星が検出されたと報告している。質量下限が6.8 ± 0.9 M⊕で、アルベドA = 0.34–0.89の範囲では平衡温度が175 K～270 KのスーパーアースGJ 163cは、中程度から高いアルベドの条件下で生命的に適した領域（ハビタブルゾーン）に位置し、将来的な生命可能性および大気の特徴付けの優れた標的である。

ABSTRACT

The meter-per-second precision achieved by today velocimeters enables the search for 1-10 M_Earth planets in the habitable zone of cool stars. This paper reports on the detection of 3 planets orbiting GJ163 (HIP19394), a M3 dwarf monitored by our ESO/HARPS search for planets. We made use of the HARPS spectrograph to collect 150 radial velocities of GJ163 over a period of 8 years. We searched the RV time series for coherent signals and found 5 distinct periodic variabilities. We investigated the stellar activity and casted doubts on the planetary interpretation for 2 signals. Before more data can be acquired we concluded that at least 3 planets are orbiting GJ163. They have orbital periods of P_b=8.632+-0.002, P_c=25.63+-0.03 and P_d=604+-8 days and minimum masses msini = 10.6+-0.6, 6.8+-0.9, and 29+-3 M_Earth, respectively. We hold our interpretations for the 2 additional signals with periods P_(e)=19.4 and P_(f)=108 days. The inner pair presents an orbital period ratio of 2.97, but a dynamical analysis of the system shows that it lays outside the 3:1 mean motion resonance. GJ163c, in particular, is a super-Earth with an equilibrium temperature of T_eq = (302+-10) (1-A)^(1/4) K and may lie in the so called habitable zone for albedo values (A=0.34-0.89) moderately higher than that of Earth (A_Earth=0.2-0.3).

研究の動機と目的

• 高精度な径速度測定を用いて、冷却星のハビタブルゾーンに低質量惑星を検出すること。
• 近隣のM型矮星GJ 163の周囲の惑星の軌道パラメータと最小質量を特定すること。
• 惑星信号と星の活動に起因する変動を区別することで、信号の惑星的性質を評価すること。
• 惑星系の力学的安定性および共鳴配置を評価すること。
• さまざまな大気的およびアルベド条件の下でのGJ 163cの可能性ある生命可能性を調査すること。

提案手法

• 8年間にわたり、ESO 3.6 m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を用いてGJ 163の150回の径速度測定を実施した。
• 周期解析およびマーカフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法を用いて、径速度時間系列の周期的信号を分析した。
• 星の活動を評価するため、クロモスフィア活動指標を検討し、星の自転周期と信号を比較した。
• 長期間の軌道的進化と系の共鳴状態を評価するため、動的安定性解析を実施した。
• 星の光度、軌道距離、アルベド依存モデルを用いて、平衡温度とハビタブルゾーンの境界を推定した。
• 数値シミュレーションを用いて、0.1 AU～2.2 AUの軌道距離における地球質量惑星までをカバーする系の完全性と安定性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GJ 163の周囲の惑星系の軌道的構造は何か？ そして、信頼性の高い検出がなされた惑星はいくつあるか？
• RQ2 妥当な大気的アルベド値の下で、スーパーアースGJ 163cはハビタブルゾーン内に位置しているか？
• RQ3 観測された径速度信号は、惑星に起因するものか、特に星がM型矮星であることに鑑みて、星の活動に起因するものか？
• RQ4 内側の惑星bとcは3:1平均運動共鳴に位置しているか？ その動的配置はどのような意味を持つのか？
• RQ5 星の年齢にわたる期間において、この惑星系はどれほど安定しているのか？ また、追加の低質量惑星を有する可能性はどの程度か？

主な発見

• 少なくとも3つの惑星が信頼性高く検出された：GJ 163b（P = 8.632 ± 0.002日、m sin i = 10.6 ± 0.6 M⊕）、GJ 163c（P = 25.63 ± 0.03日、m sin i = 6.8 ± 0.9 M⊕）、GJ 163d（P = 604 ± 8日、m sin i = 29 ± 3 M⊕）。
• GJ 163cの平衡温度はT_eq = (302 ± 10)(1 - A)^1/4 Kであり、アルベドA = 0.34～0.89の範囲ではハビタブルゾーンに位置する。
• 周期比P_c / P_b = 2.97は3:1平均運動共鳴の範囲外にあり、動的解析により星の年齢にわたる系の安定性が確認された。
• P ≈ 19.4日およびP ≈ 108日の2つの追加信号が検出されたが、星の活動に起因する可能性が高く、確認にはさらなる観測が必要である。
• 系は動的安定であり、0.1 AU～2.2 AUの軌道距離において地球質量惑星までカバーする完全性と安定性を有する。
• GJ 163cの生命可能性は、高いアルベド（例：雲の影響）または逆ランナウェイ温室効果を防ぐ大気的性質に依存するが、将来的な大気特徴付けの強力な候補のままである。