[論文レビュー] The SOPHIE search for northern extrasolar planets. IV. Massive companions in the planet-brown dwarf boundary

R. F. Díaz, A. Santerne+21 more|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|Nov 4, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 76被引用数 37

ひとこと要約

本研究では、オート・プロヴァンス天文台に設置されたSOPHIE分光計を用いた径速度測定から、太陽型の星の周囲で7つの新しい巨大準惑星候補が発見された。径速度診断、バイセクタ速度スパン解析、ヒッパルコスの天体測定、および新規の相互相関関数シミュレーションを組み合わせることで、2つの低質量星の同伴、2つのデュテリウム燃焼限界（13 M_Jup）未満の惑星候補、および3つの褐色矮星候補が特定され、惑星と褐色矮星の境界領域における形成理論の検証に向けた対象物のサンプルが顕著に増強された。

ABSTRACT

The mass domain where massive extrasolar planets and brown dwarfs lay is still poorly understood. Indeed, not even a clear dividing line between massive planets and brown dwarfs has been established yet. This is partly due to the paucity of this kind of objects orbiting close to solar-type stars, the so-called brown dwarf desert, that hinders setting up a strong observational base to compare to models and theories of formation and evolution. We search to increase the current sample of massive sub-stellar objects with precise orbital parameters, and to constrain the true mass of detected sub-stellar candidates. The initial identification of sub-stellar candidates is done using precise radial velocity measurements obtained with the SOPHIE spectrograph at the 1.93-m telescope of the Haute-Provence Observatory. Subsequent characterisation of these candidates, with the principal aim of identifying stellar companions in low-inclination orbits, is done by means of different spectroscopic diagnostics, as the measurement of the bisector velocity span and the study of the correlation mask effect. With this objective, we also employed astrometric data from the Hipparcos mission and a novel method of simulating stellar cross-correlation functions. Seven new objects with minimum masses between ~ 10 Mjup and ~90 Mjup are detected. Out of these, two are identified as low-mass stars in low-inclination orbits, and two others have masses below the theoretical deuterium-burning limit, and are therefore planetary candidates. The remaining three are brown dwarf candidates; the current upper limits for their the masses do not allow us to conclude on their nature. Additionally, we have improved on the parameters of an already-known brown dwarf (HD137510b), confirmed by astrometry.

研究の動機と目的

• 太陽型の星を公転する巨大準惑星的物体（10–90 M_Jup）の観測サンプルを、惑星と褐色矮星の境界領域で増強すること。
• 低質量星の同伴と惑星または褐色矮星の物体を区別できるように、準惑星候補の真の質量をより正確に特定すること。
• 特にバイセクタ速度スパンと相互相関関数シミュレーションを含む分光的診断法を、低傾斜角の軌道にある星の同伴を検出するためにテスト・改善すること。
• 軌道パラメータと母星の金属量を分析することで、巨大惑星および褐色矮星の形成・進化経路を制約すること。
• より正確な質量推定と測定天文学的検証を通じて、13 M_Jupのデュテリウム燃焼限界近辺の物体の分類に曇りがかった点を解消することに貢献すること。

提案手法

• 精密な径速度測定は、オート・プロヴァンス天文台の1.93m望遠鏡に搭載されたSOPHIE分光計を用いて実施された。
• 低傾斜角の軌道にある星の同伴を示す兆候を検出するために、バイセクタ速度スパン（BVS）が分析された。
• 準惑星候補の質量をモデル化・制約するために、星の相互相関関数（CCF）をシミュレートする新規手法が開発された。
• 軌道解の妥当性と軌道の傾きの制約のために、ヒッパルコス衛星の測定データが使用された。
• 径速度信号における星の汚染の可能性を評価するために、CCFの数値的シミュレーションが実施された。
• 複数エポックの径速度データを用いて軌道パラメータを精緻化した。特に信号対雑音比が高く、位相カバレッジが良好なシステムに注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バイセクタ速度スパンや相互相関関数シミュレーションといった分光的診断法は、径速度調査において、低質量星の同伴と惑星または褐色矮星の物体を効果的に区別できるか？
• RQ2 径速度調査によって検出された最小質量が10～90 M_Jupの準惑星候補の真の性質（惑星対星）は何か？
• RQ3 ヒッパルコスの測定天文学的測定は、準惑星候補の軌道の傾きと真の質量を制約するために、径速度測定とCCFシミュレーションとどのように補完するか？
• RQ4 巨大準惑星的物体の観測された軌道パラメータと母星の金属量は、現在の惑星および褐色矮星形成モデルを支持するか、あるいは反証するか？
• RQ5 13 M_Jupのデュテリウム燃焼限界は、10–90 M_Jupの質量範囲の物体を分類するために信頼できる基準として使用できるか、それともより洗練された分類が必要か？

主な発見

• 最小質量が約10～約90 M_Jupの7つの新しい準惑星候補が発見され、現在のサンプルが約12％増加した。
• 2つの候補（HD14651bおよびHD30246b）は、ヒッパルコスの測定天文学的測定とCCFシミュレーションにより、低質量星の同伴として確認された。軌道の傾きは、低傾斜角系と整合的であった。
• 2つの追加候補（HD22781bおよびHD156279b）は、理論的デュテリウム燃焼限界（13 M_Jup）未満の質量にあり、惑星候補として分類された。
• 3つの候補（HD92320b、HD167215b、HD137510b）は、現在の質量上限が明確な分類を許さないため、褐色矮星候補のままである。
• SOPHIEの径速度データを用いて、既知の褐色矮星（HD137510b）の軌道パラメータが顕著に改善され、その長周期軌道が確認された。
• 新規のCCFシミュレーション技術は、質量上限の設定や星の汚染の同定に効果的であった。特に信号対雑音比が低いか、位相カバレッジが不足するシステムにおいて顕著であった。