[論文レビュー] The SOPHIE search for northern extrasolar planets: VI. Three new hot Jupiters in multi-planet extrasolar systems

C. Moutou, G. Hébrard+22 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 38被引用数 33

ひとこと要約

本論文では、オペラトワール・ド・オー・プロヴァンスの1.93m望遠鏡に搭載されたSOPHIE分光計を用いた高精度径速度測定から、3つの新しいホット・ジュピター（HD 13908 b、HD 159243 b、HIP 91258 b）が、多重惑星系において発見された。主な結果として、軌道周期が20日未塔で質量が約1 MJupの内側にホット・ジュピターを有する3つの系が特定され、より質量の大きな外側の同伴を有する系が得られた。これは、多重惑星系における巨大惑星の形成および動的進化に関する知見を提供する。

ABSTRACT

We present high-precision radial-velocity measurements of three solar-type stars: HD 13908, HD 159243, and HIP 91258. The observations were made with the SOPHIE spectrograph at the 1.93-m telescope of Observatoire de Haute-Provence (France). They show that these three bright stars host exoplanetary systems composed of at least two companions. HD 13908 b is a planet with a minimum mass of 0.865+-0.035 Mjup, on a circular orbit with a period of 19.382+-0.006 days. There is an outer massive companion in the system with a period of 931+-17 days, e = 0.12+-0.02, and a minimum mass of 5.13+-0.25 Mjup. The star HD 159243, also has two detected companions with respective masses, periods, and eccentricities of Mp = 1.13+-0.05 and 1.9+-0.13 Mjup, $P$ = 12.620+-0.004 and 248.4+-4.9 days, and e = 0.02+-0.02 and 0.075+-0.05. Finally, the star HIP 91258 has a planetary companion with a minimum mass of 1.068+-0.038 Mjup, an orbital period of 5.0505+-0.0015 days, and a quadratic trend indicating an outer planetary or stellar companion that is as yet uncharacterized. The planet-hosting stars HD 13908, HD 159243, and HIP 91258 are main-sequence stars of spectral types F8V, G0V, and G5V, respectively, with moderate activity levels. HIP 91258 is slightly over-metallic, while the two other stars have solar-like metallicity. The three systems are discussed in the frame of formation and dynamical evolution models of systems composed of several giant planets.

研究の動機と目的

• 高精度径速度測定を用いて、多重惑星系における低質量および巨大系外惑星を検出および特徴づけること。
• 追加の質量の大きな同伴を有する系におけるホット・ジュピターの頻度と軌道構造を調査すること。
• 巨大惑星を有する多重惑星系の動的進化および形成経路を研究すること。
• ホット・ジュピターの出現率とその主星の性質に関する統計的理解を向上させること。
• 明るく活動的で金属過剰な星の長期的径速度モニタリングを通じて、惑星系構造を制約すること。

提案手法

• オペラトワール・ド・オー・プロヴァンスの1.93m望遠鏡に搭載されたSOPHIE分光計を用いて、高精度径速度測定が実施された。
• 径速度データは、ケプラー軌道フィッティングを用いて惑星信号を検出し、軌道パラメータを決定した。
• 各系における複数の同伴の軌道解が導出され、周期、離心率、および最小質量（Mpsin i）が得られた。
• スペクトル型、金属量、活動度を含む星のパラメータは、高分解能分光法および光度測定から決定された。
• HIP 91258では、径速度残差に二次的傾向が見られ、未同定の外側の同伴の存在を示唆している。
• システムノイズおよび星の活動度は、バイセクタスパンおよびその他の診断ツールを用いて評価され、惑星信号の妥当性が検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量の大きな外側の同伴を有する多重惑星系におけるホット・ジュピターの頻度はいかほどか？
• RQ2 ホット・ジュピターを有する多重惑星系の軌道構造は、単一惑星系と比べてどのように異なるか？
• RQ3 観測された系が、巨大惑星の形成および移動モデルにどのような制約を課えるか？
• RQ4 星の金属量および活動度は、複数の巨大惑星を有する系とどのように相関するか？
• RQ5 長期的径速度モニタリングは、内側にホット・ジュピターを有する系における外側の同伴を検出可能か？

主な発見

• HD 13908 b は、最小質量 0.865 ± 0.035 MJup、軌道周期 19.382 ± 0.006 日の円軌道を描くホット・ジュピターである。
• この系には、最小質量 5.13 ± 0.25 MJup、周期 931 ± 17 日、離心率 0.12 ± 0.02 の、より質量の大きな外側の同伴が存在する。
• HD 159243 には2つの惑星が存在する：最小質量 1.13 ± 0.05 MJup、周期 12.620 ± 0.004 日のホット・ジュピターと、最小質量 1.9 ± 0.13 MJup、周期 248.4 ± 4.9 日の第二の同伴。
• HIP 91258 には、最小質量 1.068 ± 0.038 MJup、周期 5.0505 ± 0.0015 日のホット・ジュピターが存在し、径速度残差に二次的傾向が見られ、外側の同伴の存在を示唆している。
• 3つの主星（HD 13908（F8V）、HD 159243（G0V）、HIP 91258（G5V））は中程度の活動度を示し、太陽に似たまたはやや強化された金属量を示している。
• これらの系は、巨大惑星の局所形成または移動を伴う多重惑星配置における形成および動的進化モデルと整合的である。