[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXV. Planetary systems and stellar activity of the M dwarfs GJ 3293, GJ 3341, and GJ 3543

N. Astudillo-Defru, X. Bonfıls+14 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 43

ひとこと要約

本研究では、ESOのラ・シルヤ観測所に設置されたHARPSを用いて、約5年間にわたり3つのM型矮星（GJ 3293、GJ 3341、GJ 3543）の径速度モニタリングを実施した。GJ 3293には、質量がそれぞれ1.4 ± 0.1 MNeptと1.3 ± 0.1 MNeptの2つの海王星質量の惑星が、それぞれ30.60 ± 0.02 dおよび123.98 ± 0.38 dの公軌道周期で回っていることが判明した。さらに、GJ 3293には、0.194 AUの軌道上にあり、ハビタブルゾーンに位置する可能性のある、msin(i) = 7.9 ± 1.4 M⊕の超地球候補が存在する。GJ 3341には、14.207 ± 0.007 dの公軌道周期で回る、msin(i) ≈ 6.1 M⊕の超地球が、内側ハビタブルゾーンに位置している。GJ 3543の径速度変動は、惑星信号ではなく、星の活動に起因すると特定された。

ABSTRACT

Context. Planetary companions of a fixed mass induce larger amplitude reflex motions around lower-mass stars, which helps make M dwarfs excellent targets for extra-solar planet searches. State of the art velocimeters with $\sim$1m/s stability can detect very low-mass planets out to the habitable zone of these stars. Low-mass, small, planets are abundant around M dwarfs, and most known potentially habitable planets orbit one of these cool stars. Aims. Our M-dwarf radial velocity monitoring with HARPS on the ESO 3.6m telescope at La Silla observatory makes a major contribution to this sample. Methods. We present here dense radial velocity (RV) time series for three M dwarfs observed over $\sim5$ years: GJ 3293 (0.42M$_\odot$), GJ 3341 (0.47M$_\odot$), and GJ 3543 (0.45M$_\odot$). We extract those RVs through minimum $χ^2$ matching of each spectrum against a high S/N ratio stack of all observed spectra for the same star. We then vet potential orbital signals against several stellar activity indicators, to disentangle the Keplerian variations induced by planets from the spurious signals which result from rotational modulation of stellar surface inhomogeneities and from activity cycles. Results. Two Neptune-mass planets - $msin(i)=1.4\pm0.1$ and $1.3\pm0.1M_{nept}$ - orbit GJ 3293 with periods $P=30.60\pm0.02$ d and $P=123.98\pm0.38$ d, possibly together with a super-Earth - $msin(i)\sim7.9\pm1.4M_\oplus$ - with period $P=48.14\pm0.12\;d$. A super-Earth - $msin(i)\sim6.1M_\oplus$ - orbits GJ 3341 with $P=14.207\pm0.007\;d$. The RV variations of GJ 3543, on the other hand, reflect its stellar activity rather than planetary signals.

研究の動機と目的

• 高精度な径速度測定を用いて、M型矮星の周囲に低質量惑星を検出すること。
• 星の活動に起因する径速度変動と惑星に起因する信号を区別すること。
• ハビタブルゾーンに惑星を有する初期M型矮星の惑星系を特徴づけること。
• 特に回転周期の高調波近辺における星の活動が径速度検出に与える影響を評価すること。
• 太陽に似た金属量を示す低質量星の周囲における惑星出現頻度の理解を精緻化すること。

提案手法

• 約5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、密な径速度時系列データを取得した。
• 各スぺクトルを、同じ星の全スぺクトルを高信噪比スタックで合成した基準波形と最小χ²一致法で照合して径速度を算出した。
• 複数の星の活動指標を用いて、ケプラー運動と活動に起因するノイズを区別するための信号の査定を実施した。
• 径速度と活動指標のピリオドグラムを解析し、回転周期とアリヤスを特定した。
• ベイズ的手法および誤検出確率法を用いて、信号の有意性と時間的サブセットにおける安定性を評価した。
• 特に平均運動共鳴周辺での動的整合性を検討し、惑星系の力学的妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GJ 3293、GJ 3341、GJ 3543における径速度信号は、惑星の伴星に起因するのか、それとも星の活動に起因するのか？
• RQ2 GJ 3293の周囲の惑星系の軌道的構造と動的安定性はいかほどか？
• RQ3 検出された惑星は、それぞれの中心星のハビタブルゾーンに位置するのか？また、それらの最小質量は何か？
• RQ4 星の活動指標は、特に回転周期の高調波近辺で、径速度変動とどのように相関しているか？
• RQ5 星の金属量は、M型矮星の周囲に存在する超地球および海王星の出現にどのような役割を果たすか？

主な発見

• GJ 3293には、それぞれ30.60 ± 0.02 dおよび123.98 ± 0.38 dの公軌道周期で回る、最小質量が1.4 ± 0.1 MNeptと1.3 ± 0.1 MNeptの2つの海王星質量の惑星が存在する。
• GJ 3293には、48.14 ± 0.12 dの公軌道周期で回る、msin(i) = 7.9 ± 1.4 M⊕の超地球候補が存在し、0.194 AUの軌道上にあり、ハビタブルゾーンに位置している。
• GJ 3341には、14.207 ± 0.007 dの公軌道周期で回る、msin(i) ≈ 6.1 M⊕の超地球が存在し、内側ハビタブルゾーンに位置している。
• GJ 3543の径速度変動は、星の活動に支配されており、回転周期は約20 dであり、1.1 dおよび9.2 dにアリヤス信号が観測されている。
• GJ 3293の48.14 dの信号は、2008–2009年および2012–2013年のデータサブセットで安定しており、2010–2011年のデータでは周期性の確認に十分なサンプリングが不足している。
• GJ 3293およびGJ 3341の惑星系は太陽に似た金属量を示しており、惑星出現頻度が星の金属量とは相関しないという観察結果を支持する。