[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXVI: Five new long-period giant planets and a system update

C. Moutou, G. Lo Curto+11 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 17

ひとこと要約

本研究では、チリのパラナ山に設置されたESO 3.6 m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計による径速度測定を用いて、5つの新しい長周期巨大系外惑星の発見と、既に知られていた2つの系の精密な解析を報告する。主な貢献は、4.56〜1684日の公軌道周期を持つ惑星の検出であり、特に活動的星であるHD 103720の周りに存在するホット・ジュピターの検出に加え、HD 113538およびBD-114672の惑星の軌道パラメータの改善がなされた。低ノイズ環境における星の活動性が引き起こす課題が強調されている。

ABSTRACT

We describe radial-velocity time series obtained by HARPS on the 3.60 m telescope in La Silla (ESO, Chile) over ten years and report the discovery of five new giant exoplanets in distant orbits; these new planets orbit the stars HD 564, HD 30669, HD 108341, and BD-114672. Their periods range from 492 to 1684 days, semi-major axes range from 1.2 to 2.69 AU, and eccentricities range from 0 to 0.85. Their minimum mass ranges from 0.33 to 3.5 Mjup. We also refine the parameters of two planets announced previously around HD 113538, based on a longer series of measurements. The planets have a period of 663+-8 and 1818+-25 days, orbital eccentricities of 0.14+-0.08 and 0.20+-0.04, and minimum masses of 0.36+-0.04 and 0.93+-0.06 Mjup. Finally, we report the discovery of a new hot-Jupiter planet around an active star, HD 103720; the planet has a period of 4.5557+-0.0001 days and a minimum mass of 0.62+-0.025 Mjup. We discuss the fundamental parameters of these systems and limitations due to stellar activity in quiet stars with typical 2m/s radial velocity precision.

研究の動機と目的

• 高精度径速度測定を用いて南天の空に存在する長周期巨大系外惑星を検出すること。
• 延長された観測期間を活用して、HD 113538およびBD-114672系に既に発表済みの惑星の軌道パラメータの推定値を改善すること。
• 星の活動性が、低固有ゆらぎを示す静穏星においても、径速度精度に及ぼす影響を調査すること。
• 主星の物理的パラメータを特定し、惑星検出限界に与える影響を評価すること。
• 径速度検出と直接撮像検出の領域を橋渡しすることで、惑星系構造のより包括的な理解に貢献すること。

提案手法

• 10年間にわたり、チリのラ・シルヤに設置されたESO 3.6 m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を用いて、径速度時系列データを収集した。
• 組み合わせたHARPSスペクトルとARESコードを用いた分光的解析により、効果温度、表面重力、金属量、質量などの星のパラメータを導出した。
• 径速度データにケプラー運動モデルをフィットさせ、不確実性はマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法により推定した。
• 星の活動性は、バイセクタースパン、自己相関関数のFWHM、CaII HおよびKインデックスといった補助的診断指標を用いてモニタリングした。
• 観測パラメータを理論的等年齢曲線と比較することで、ベイズ解析を用いて星の質量、半径、年齢を導出した。
• 軌道フィット後の残差を分析し、惑星信号の有意性を評価するとともに、活動性に起因するノイズの検出を試みた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HARPS南天調査で新たに発見された5つの長周期巨大系外惑星の軌道的および物理的パラメータは何か？
• RQ2 延長された観測期間は、HD 113538およびBD-114672系に既に検出済みの惑星の軌道パラメータの精度をどのように向上させるか？
• RQ3 星の活動性は、長周期惑星からの低振幅径速度信号検出をどの程度制限するか？
• RQ4 星の磁気周期は、特にBD-114672のような系において径速度測定にどのような影響を及えるか？
• RQ5 金属量や年齢といった星の性質は、検出された惑星系とどのように相関するか？

主な発見

• 5つの新しい長周期巨大系外惑星が発見された：HD 103720 b（P = 4.5557 ± 0.0001 日、m sin i = 0.620 ± 0.025 M Jup）、HD 564 b（P = 492.3 ± 2.3 日、m sin i = 0.33 ± 0.03 M Jup）、HD 108341 b（P = 1684 ± 61 日、m sin i = 0.47 ± 0.06 M Jup）、BD-114672 b（P = 1667 ± 33 日、m sin i = 0.53 ± 0.05 M Jup）、およびBD-114672に第二の惑星が存在し、P = 1129 ± 8 日である。
• HD 113538の2つの惑星の軌道パラメータが精緻化された：HD 113538 b は P = 663.2 ± 8.4 日、e = 0.14 ± 0.08、m sin i = 0.36 ± 0.04 M Jup であり、HD 113538 c は P = 1818 ± 25 日、e = 0.20 ± 0.04、m sin i = 0.93 ± 0.06 M Jup である。
• HD 103720の周りの惑星はホット・ジュピターであり、公軌道周期は 4.5557 ± 0.0001 日、最小質量は 0.620 ± 0.025 M Jup であり、主星の高い活動性にもかかわらず検出された。
• 軌道フィット後の残差散らつ（σ(O-C)）は1.1〜13.1 m s⁻¹の範囲にあり、最も低い値（1.1〜2.9 m s⁻¹）は、最も安定した系において高精度な解が得られていることを示している。
• BD-114672系は、かつて磁気周期に起因するとされたが、長期間のモニタリングにより1129 ± 8 日の周期、e = 0.05 ± 0.06 を持つ惑星信号が確認され、惑星起源である可能性が示唆された。
• 星の活動性、特に磁気周期や表面不均一性の形で現れるものは、径速度ノイズの主要因であることが判明した。log R′HK やバイセクタースパンといった活動指標を用いて、これらの影響を補正した。