[論文レビュー] The VLT/NaCo Large program to probe the occurrence of exoplanets and brown dwarfs in wide orbits: I- Sample definition and characterization

S. Desidera, E. Covino+29 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 223被引用数 43

ひとこと要約

本研究では、VLT/NaCoを用いて観測された86個の若く近い星の包括的特徴付けを提示し、広い軌道を回る系外惑星および褐色矮星の探査を目的としている。分光法、光度測定法、運動学的解析を組み合わせることで、星の年齢、質量、金属量、回転周期を決定し、中央値として100 Myr、1.01 M☉、64 pcを示す。これにより、直接画像法による探査における惑星質量の推定値と検出限界の精度が著しく向上した。

ABSTRACT

Young, nearby stars are ideal targets to search for planets using the direct imaging technique. The determination of stellar parameters is crucial for the interpretation of imaging survey results particularly since the luminosity of substellar objects has a strong dependence on system age. We have conducted a large program with NaCo at the VLT in order to search for planets and brown dwarfs in wide orbits around 86 stars. A large fraction of the targets observed with NaCo were poorly investigated in the literature. We performed a study to characterize the fundamental properties (age, distance, mass) of the stars in our sample. To improve target age determinations, we compiled and analyzed a complete set of age diagnostics. We measured spectroscopic parameters and age diagnostics using dedicated observations acquired with FEROS and CORALIE spectrographs at La Silla Observatory. We also made extensive use of archival spectroscopic data and results available in the literature. Additionally, we exploited photometric time-series, available in ASAS and Super-WASP archives, to derive rotation period for a large fraction of our program stars. We provided updated characterization of all the targets observed in the VLT NaCo Large program, a survey designed to probe the occurrence of exoplanets and brown dwarfs in wide orbits. The median distance and age of our program stars are 64 pc and 100 Myr, respectively. Nearly all the stars have masses between 0.70 and 1.50sun, with a median value of 1.01 Msun. The typical metallicity is close to solar, with a dispersion that is smaller than that of samples usually observed in radial velocity surveys. Several stars are confirmed or proposed here to be members of nearby young moving groups. Eight spectroscopic binaries are identified.

研究の動機と目的

• ホスト星の性質を精確に特徴付けることで、広い軌道を回る系外惑星および褐色矮星の検出限界の精度を向上させること。
• 文献で十分に研究されていなかった多くの星を含む86個の星の年齢を特定し、亜惑星同伴の正確な質量および光度推定を可能にすること。
• 星の連星性および活動度レベルを評価し、誤検出を低減し、調査の解釈を洗練させること。
• 近隣の若年齢移動群への所属を特定し、年齢制約および進化的文脈を強化すること。
• 将来の直接画像法による探査に使用可能な、一貫性があり高精度な基本的星のパラメータデータセットを提供すること。

提案手法

• ラ・シルヤ観測所のFEROSおよびCORALIE装置を用いて高分解能分光法を取得し、径方向速度、効果的温度、表面重力、金属量を測定した。
• All Sky Automated Survey (ASAS)およびSuper-WASPアーカイブからの光度曲線を分析し、Lomb-Scargle周期ogramを用いて回転周期を導出した。
• 同時に観測された標準キャリブレーション星を用いて、FEROS機器Sインデックスを標準Mount Wilsonスケールにキャリブレーションし、5%の残差分散を達成。また、高v sin i星に対して補正を施した。
• 分光的、光度的、天測的データを統合し、等等温線フィッティングおよび運動学的解析を用いて星の質量、距離、年齢を導出した。
• 径方向速度の変動を用いて分光連星を同定し、自己運動および径方向速度の一貫性を用いて、若年齢移動群への所属を確認または提案した。
• 光度曲線の複数エポック分析を実施し、データをセグメント化して持続的な周期的信号を検出し、コアスフィア活動の変動を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VLT/NaCo大規模プログラムに含まれる86個の星の基本的星のパラメータ（質量、年齢、金属量、距離）は何か？
• RQ2 これらの星の年齢推定はどの程度正確か？また、年齢の高精度決定が惑星質量および光度制約に与える影響は何か？
• RQ3 どの星が近隣の若年齢移動群に所属しているか？その所属関係は年齢および進化的状態の特定をどのように洗練させるか？
• RQ4 プログラムに含まれる星のコアスフィア活動レベルおよび回転周期分布は何か？また、それらは検出の信頼性にどのように影響するか？
• RQ5 星の連星性および連星率は、直接画像法による探査結果の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• プログラム星の中央値距離は64 pcであり、中央値年齢は100 Myrである。これは、広い軌道を回る惑星探査に適した若く近い系のサンプルであることを示している。
• 星の質量は0.70と1.50 M☉の間で非常に集中しており、中央値は1.01 M☉である。金属量は太陽に近く、通常の径方向速度調査サンプルよりも分散が小さい。
• 8つの分光連星が同定され、画像法調査における誤解釈を避けるために連星スクリーニングの重要性が浮き彫りになった。
• ASASおよびSuper-WASPの光度測定を用いて、多数の星の回転周期が導出された。一部の星については、新規または再分析された光度曲線により確認された。
• AB DorやTuc-Hauなどの若年齢移動群への所属が確認または提案された。これにより、年齢推定および運動学的一致性が強化された。
• FEROS Sインデックスのキャリブレーションは、文献値と照合した際に5%の残差分散を達成した。ただし、高活動性または観測が稀な星では、固有の変動性のため分散が大きくなる傾向にあった。