[論文レビュー] The Penn State-Torun Centre for Astronomy Planet Search stars. I. Spectroscopic analysis of 348 red giants

Paweł Zieliński, A. Niedzielski+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 102被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、ペンン・ステート・トゥルン・センター・フォー・アストロノミー惑星探査（PTPS）から得られた348個の赤超巨星について、高分解能HETスペクトルを用いてスペクトル解析を実施し、大気温度（Teff）、表面重力（log g）、乱流速度（vt）、鉄ハンニン（[Fe/H]）、光度、質量、半径、絶対的径方向速度を導出しました。主な貢献は、低質量惑星同伴の解釈や中質量星まわりの惑星系進化の研究に不可欠な、良好に校正された均質な発達星データセットの構築にあります。

ABSTRACT

We present basic atmospheric parameters (Teff, logg, vt and [Fe/H]) as well as luminosities, masses, radii and absolute radial velocities for 348 stars, presumably giants, from the ~1000 star sample observed within the Penn State-Torun Centre for Astronomy Planet Search with the High Resolution Spectrograph of the 9.2m Hobby-Eberly Telescope. The stellar parameters are key ingredients in proper interpretation of newly discovered low-mass companions while a systematic study of the complete sample will create a basis for future statistical considerations concerning low-mass companions appearance around evolved low and intermediate-mass stars. The atmospheric parameters were derived using a strictly spectroscopic method based on the LTE analysis of equivalent widths of FeI and FeII lines. With existing photometric data and the Hipparcos parallaxes we estimated stellar masses and ages via evolutionary tracks fitting. The stellar radii were calculated from either estimated masses and the spectroscopic logg or from the spectroscopic Teff and estimated luminosities. The absolute radial velocities were obtained by cross-correlating spectra with a numerical template. We completed the spectroscopic analysis for 332 stars of which 327 were found to be giants. For the remaining 16 stars with incomplete data a simplified analysis was applied. The results show that our sample is composed of stars with Teff = 4055-6239 K, logg = 1.39-4.78 (5 dwarfs were identified), logL/Lo = -1.0-3, M = 0.6-3.4 Mo, R = 0.6-52 Ro. The stars in our sample are generally less metal abundant than the Sun with median [Fe/H] = -0.15. The estimated uncertainties in the atmospheric parameters were found to be comparable to those reached in other studies. However, due to lack of precise parallaxes the stellar luminosities and, in turn, the masses are far less precise, within 0.2 Mo in best cases, and 0.3 Mo on average.

研究の動機と目的

• ペンン・ステート・トゥルン・センター・フォー・アストロノミー惑星探査に含まれる348個の発達星の精密な大気パラメータ（Teff、log g、vt、[Fe/H]）を決定すること。
• スペクトルパラメータと進化trackフィッティングを用いて、星の光度、質量、半径、年齢を推定すること。
• 惑星同伴の検出のため、数値テンプレートとの相互相関を用いて絶対的径方向速度を提供すること。
• 低・中質量星まわりの低質量同伴星の統計的解析に適した、均質的で高精度なデータセットを構築すること。
• 特に限られたパラレルス精度の下でのパラメータの信頼性と不確実性を評価すること。

提案手法

• Fe IおよびFe IIの線幅等価幅を用いたLTE解析により、大気パラメータ（Teff、log g、vt、[Fe/H]）を導出。
• スペクトルパラメータとヒッパルコスのパラレルス、光度測定データを組み合わせ、進化trackフィッティングにより星の光度と質量を推定。
• スペクトル的log gと導出された質量、またはスペクトル的Teffと推定光度を用いて星の半径を計算。
• CCF（相互相関関数）法を用い、観測スペクトルと数値テンプレートとの相互相関により絶対的径方向速度を算出。
• 完全な解析を332個の星に対して実施、不完全なデータを有する16個の星については簡略化された解析を適用。
• パラメータの不確実性と系統的誤差を評価し、特にパラレルス精度の制限が質量および光度推定に与える影響に注目。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PTPS調査に含まれる348個の赤超巨星のサンプルにおいて、大気および基本的星のパラメータ（Teff、log g、vt、[Fe/H]、L、M、R、年齢）は何か？
• RQ2 サンプルにおける限られたパラレルス精度を考慮すると、導出された星の質量および光度はどの程度の精度で得られるか？
• RQ3 特に[Fe/H]のような導出パラメータは、太陽系近傍の発達星の金属量分布をどの程度反映しているか？
• RQ4 CCF法による径方向速度測定は、発達星に対してどの程度の精度と信頼性を示すか？
• RQ5 サンプルのうち質量が2 M☉を超える星の割合はどれくらいか？また、これは低質量惑星同伴の存在可能性とどのように関係しているか？

主な発見

• サンプルには327個の確認済みの赤超巨星が含まれており、有効温度は4055 Kから6239 K、表面重力は1.39から4.78 dexの範囲に分布している。
• 星の質量は0.6から3.4 M☉の範囲にあり、2 M☉を超える星は63個にとどまり、高質量発達星の割合は低いことが示された。
• 半径は0.6から52 R☉の範囲にあり、大部分の星が9〜11 R☉の範囲に集中しており、赤超巨星の進化に一致している。
• 中央値としての金属量[Fe/H]は−0.15であり、太陽より金属量がやや低いことが示された。
• 質量の不確実性は最良のケースで0.2 M☉、平均で0.3 M☉と推定されており、主にパラレルス精度の制限によるものである。
• 大気パラメータの不確実性は、他の高精度スペクトル研究と同等であり、データ制限の下でも手法の信頼性が裏付けられた。