[論文レビュー] The Solar Twin Planet Search. V. Close-in, low-mass planet candidates and evidence of planet accretion in the solar twin HIP 68468

J. Meléndez, Megan Bedell+15 more|Americanae (AECID Library)|Oct 28, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 80被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、太陽類星であるHIP 68468の周囲で、2つの低質量系外惑星候補の径速度検出を報告する。1つは0.66 AUの軌道上にあり、最小質量が26 ± 4地球質量のスーパーネプチューンで、もう1つは0.03 AUにあり、最小質量が2.9 ± 0.8地球質量のスーパ-earthである。星の不揮発性元素の増加と、異常に高いリチウム含有量は、過去に岩石惑星（約6地球質量）の吸収があったことを示唆し、太陽系に類似した系における惑星移動および内部小惑星処理の強力な証拠を提供する。

ABSTRACT

[Methods]. We obtained high-precision radial velocities with HARPS on the ESO 3.6 m telescope and determined precise stellar elemental abundances (~0.01 dex) using MIKE spectra on the Magellan 6.5m telescope. [Results]. Our data indicate the presence of a planet with a minimum mass of 26 Earth masses around the solar twin HIP 68468. The planet is a super-Neptune, but unlike the distant Neptune in our solar system (30 AU), HIP 68468c is close-in, with a semi-major axis of 0.66 AU, similar to that of Venus. The data also suggest the presence of a super-Earth with a minimum mass of 2.9 Earth masses at 0.03 AU; if the planet is confirmed, it will be the fifth least massive radial velocity planet discovery to date and the first super-Earth around a solar twin. Both isochrones (5.9 Gyr) and the abundance ratio [Y/Mg] (6.4 Gyr) indicate an age of about 6 billion years. The star is enhanced in refractory elements when compared to the Sun, and the refractory enrichment is even stronger after corrections for Galactic chemical evolution. We determined a NLTE Li abundance of 1.52 dex, which is four times higher than what would be expected for the age of HIP 68468. The older age is also supported by the low log(R'HK) (-5.05) and low jitter. Engulfment of a rocky planet of 6 Earth masses can explain the enhancement in both lithium and the refractory elements. [Conclusions]. The super-Neptune planet candidate is too massive for in situ formation, and therefore its current location is most likely the result of planet migration that could also have driven other planets towards its host star, enhancing thus the abundance of lithium and refractory elements in HIP 68468. The intriguing evidence of planet accretion warrants further observations to verify the existence of the planets that are indicated by our data and to better constrain the nature of the planetary system around this unique star.

研究の動機と目的

• 高精度な元素組成と径速度測定を用いて、太陽類星における惑星-星化学的関係を調査すること。
• 太陽に似た金属量を示す星において、惑星系の構造が星の化学組成と相関するかどうかを特定すること。
• 惑星の移動や吸収イベントが、主星に測定可能な化学的痕跡を残すという仮説を検証すること。
• 太陽類星の周囲に低質量惑星を特定・特徴づけること。これは、惑星系の形成と進化を調査するのに理想的である。
• 惑星の飲み込みが、特にリチウムや不揮発性元素の異常な星の組成を説明する役割を果たすかどうかを評価すること。

提案手法

• 1 m s⁻¹の精度に達するHARPS分光計を用いて、ESO 3.6 m望遠鏡で高精度の径速度測定を実施した。
• Magellan 6.5 m望遠鏡のMIKE分光計による高分解能スペクトルを用いて、星の元素組成を約0.01 dexの精度で決定した。
• 等時曲線フィッティング（5.9 ± 0.4 Gyr）と[Y/Mg]組成比（6.4 ± 0.8 Gyr）を用いて星の年齢を推定し、両者とも約6 Gyrの年齢と整合的であった。
• 非局所熱平衡（non-LTE）でのリチウム組成を1.52 ± 0.03 dexで測定し、60億年という年齢の星としては予想をはるかに上回る値であった。
• 銀河化学進化の補正を施して、星の固有の豊度増加を分離した。
• 径速度データにケプラー運動のフィットを適用して惑星信号をモデル化し、統計的有意性はピリオドグラム解析で評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽類星に近接した低質量惑星が存在する場合、不揮発性元素の豊度が増加していると相関するか？
• RQ2 HIP 68468に見られる異常に高いリチウム含有量は、星の内部進化ではなく、惑星の吸収によって説明できるか？
• RQ3 HIP 68468で観測された化学的異常はどのような起源を持ち、惑星系の構造とどのように関係しているか？
• RQ4 0.66 AUに位置するスーパーネプチューン惑星候補は、現地形成に一致するか、それとも質量から移動を示唆するか？
• RQ5 HIP 68468で観測された組成パターンは、約6地球質量の岩石惑星の飲み込みによって説明できるか？

主な発見

• 最小質量26 ± 4地球質量のスーパーネプチューン惑星候補が、0.66 AUの半長径でHIP 68468の周囲を公転しており、金星の軌道に類似している。
• 最小質量2.9 ± 0.8地球質量のスーパ-earth惑星候補が0.03 AUで検出され、これは径速度で発見された惑星候補の中で質量が5番目に小さく、太陽類星の周囲で発見された最初のスーパ-earthである。
• 等時曲線フィッティングと[Y/Mg]組成比の両方を用いて星の年齢を約60億年と推定し、静穏で古く、安定した系と整合的である。
• リチウム組成（1.52 ± 0.03 dex）は、60億年という年齢の星としては予想される値の4倍以上高く、表面の異常な豊度増加を示している。
• 不揮発性元素はHIP 68468で増加しており、銀河化学進化の補正後もその増加が維持されるため、星内部での処理が原因であると示唆される。
• リチウムと不揮発性元素の両方の増加は、約6地球質量の岩石惑星の吸収によって最もよく説明され、惑星の飲み込みの理論的モデルとも整合的である。