[論文レビュー] The SOPHIE search for northern extrasolar planets IX. Populating the brown dwarf desert

P. A. Wilson, G. Hébrard+21 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Feb 8, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 114被引用数 33

ひとこと要約

本研究では、オペラトワール・ド・オート・プロヴァンスのSOPHIE分光計を用いた径速度測定を通じて、太陽型星のまわりの15個の同伴天体を特徴づけ、そのうち9つが13–70 M_Jupの範囲に位置する褐色矮星または質量の大きな系外惑星として確認された。これは、太陽型星の周囲約5 AU以内に観測された褐色矮星の欠如（「褐色矮星の砂漠」とも呼ばれる）を顕著に埋めることになった。研究では、ヒッパルコス衛星の測位測定を用いて軌道パラメータを改善し、真の質量を制約した。この結果は、惑星と褐色矮星の形成機構を理解する上で極めて重要なデータを提供する。

ABSTRACT

Radial velocity planet search surveys of nearby Solar-type stars have shown a strong deficit of brown dwarf companions within $\sim5\,\mathrm{AU}$. There is presently no comprehensive explanation of this lack of brown dwarf companions, therefore, increasing the sample of such objects is crucial to understand their formation and evolution. Based on precise radial velocities obtained using the SOPHIE spectrograph at Observatoire de Haute-Provence we characterise the orbital parameters of $15$ companions to solar-type stars and constrain their true mass using astrometric data from the Hipparcos space mission. The nine companions not shown to be stellar in nature have minimum masses ranging from ~$13$ to $70\,\mathrm{M}_{\mathrm{Jup}}$, and are well distributed across the planet/brown dwarf mass regime, making them an important contribution to the known population of massive companions around solar-type stars. We characterise six companions as stellar in nature with masses ranging from a minimum mass of $76 \pm 4\,\mathrm{M}_{\mathrm{Jup}}$ to a mass of $0.35 \pm 0.03\,\mathrm{M_\odot}$. The orbital parameters of two previously known sub-stellar candidates are improved.

研究の動機と目的

• 太陽型星の周囲約5 AU以内に観測された褐色矮星の欠如（「褐色矮星の砂漠」として知られる）を解明すること。
• 径速度調査で検出された15個の同伴天体の軌道パラメータを改善し、真の質量を特定すること。
• SOPHIE分光計の径速度データとヒッパルコス衛星の測位測定を組み合わせ、準星天体（惑星対褐色矮星）の性質を制約すること。
• 質量と軌道的特徴を用いて、コア降着と重力収縮の形成メカニズムの違いを区別することで、形成メカニズムに関する議論に貢献すること。

提案手法

• 1.93メートル望遠鏡に搭載されたSOPHIE分光計を用いて、オペラトワール・ド・オート・プロヴァンスで径速度測定を実施した。
• 径速度時系列データにケプラー軌道をフィットさせることで、軌道パラメータを導出した。
• ヒッパルコス宇宙ミッションによる測位測定と径速度データを組み合わせることで、同伴天体の真の質量を制約した。
• 最小質量推定値と進化モデルとの比較を用いて、恒星および準星天体の性質を評価した。
• スペクトル型と効果的温度を用いて、主星の分類を行い、質量-半径関係の情報を得た。
• 準星質量分類の基準として、重水素燃焼限界（13 M_Jup）を用いたが、形成メカニズムは直接推定しなかった。

Figure 1: Bisector span as a function of radial velocity for all the targets in the sample. The dashed line represents a zero bisector span and is shown as a reference.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽型星の周囲内側5 AUにおける、質量13–70 M_Jupの質量の大きな同伴天体の真の質量と軌道パラメータの分布はどのようになっているか？
• RQ2 ヒッパルコスによる測位測定は、径速度で検出された同伴天体の質量決定をどの程度改善するか？
• RQ3 観測された同伴天体が、13–70 M_Jupの質量範囲において「褐色矮星の砂漠」をどの程度埋めているか？
• RQ4 質量と軌道的特徴に基づいて、同伴天体のうち何割が褐色矮星であり、何割が低質量星とみなせるか？
• RQ5 新たな径速度データにより、以前に知られていた準星候補天体の軌道パラメータはどの程度改善されたか？

主な発見

• 9個の同伴天体が、最小質量が13から70 M_Jupの範囲に位置する準星天体として確認され、惑星と褐色矮星の質量領域にわたって均等に分布していた。
• 6個の同伴天体が恒星的性質を持つと分類され、質量は76 ± 4 M_Jupから0.35 ± 0.03 M_sunの範囲にあった。
• 2つの以前に知られていた準星候補天体の軌道パラメータが、新たな径速度データにより顕著に改善された。
• 径速度データとヒッパルコス測位測定を組み合わせることで、真の質量が制約され、質量推定の不確実性が低減した。
• このサンプルは「褐色矮星の砂漠」を顕著に埋めることとなり、形成理論の検証に極めて重要なデータを提供した。
• 本研究は、褐色矮星の砂漠が、軌道パrameter空間において依然として顕著な特徴であることを確認したが、1–5 AUの範囲に褐色矮星の集団が存在する強い証拠は得られなかった。

Figure 2: Top: Astrometric orbit of HD 6664 projected on the sky. North is up and east is left. The solid red line shows the orbital solution, which is orientated clockwise, and open circles mark the individual Hipparcos measurements. The dashed lines represents the scan angle which connects these o