[論文レビュー] Tracking Advanced Planetary Systems with HARPS-N (TAPAS). I. A multiple planetary system around the red giant star TYC 1422-614-1

A. Niedzielski, E. Villaver+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 120被引用数 22

ひとこと要約

本論文は、ホビーエーベリー望遠鏡およびHARPS-Nからの径速度測定を用いて、発達したK2巨星星TYC 1422-614-1の周囲に複数の惑星系が存在することを報告している。この系には2つの質量の大きな同伴天体が存在する：0.69 AUの軌道上に公転するmsini = 2.5 M_Jの惑星と、1.37 AUの軌道上に公転するmsini = 10 M_Jの中性星であり、これは巨星に非常に近い場所に質量の大きな同伴天体が存在する例として、極めて稀な例の一つである。

ABSTRACT

Context. Stars that have evolved-off the Main Sequence are crucial in expanding the frontiers of knowledge on exoplanets toward higher stellar masses, and to constrain star-planet interaction mechanisms. These stars, however suffer from intrinsic activity that complicates the interpretation of precise radial velocity measurement and are often avoided in planet searches. We have, over the last 10 years, monitored about 1000 evolved stars for radial velocity variations in search for low-mass companions under the Penn State - Toruń Centre for Astronomy Planet Search with the Hobby-Eberly Telescope. Selected prospective candidates that required higher RV precision meassurements have been followed with HARPS-N at the 3.6 m Telescopio Nazionale Galileo. Aims. To detect planetary systems around evolved stars, to be able to build sound statistics on the frequency and intrinsic nature of these systems, and to deliver in-depth studies of selected planetary systems with evidences of star-planet interaction processes. Methods. We have obtained for TYC 1422-614-1 69 epochs of precise radial velocity measurements collected over 3651 days with the Hobby-Eberly Telescope, and 17 epochs of ultra precise HARPS-N data collected over 408 days. We have complemented these RV data with photometric time-series from the All Sky Automatic Survey archive. Results. We report the discovery of a multiple planetary system around the evolved K2 giant star TYC 1422-614-1. The system orbiting the 1.15 M$_\odot$ star is composed of a planet with mass m$sin i$=2.5 M$_J$ in a 0.69 AU orbit, and a planet/brown dwarf with m$sin i$=10 M$_J$ in a 1.37 AU orbit. The multiple planetary system orbiting TYC 1422-614-1 is the first finding of the TAPAS project, a HARPS-N monitoring of evolved planetary systems identified with the Hobby-Eberly Telescope.

研究の動機と目的

• 発達した星の周囲に惑星系を検出・特徴づけること、特に高い星の質量と複雑な活動性を示す星を対象とし、惑星形成および進化に関する知識を拡張すること。
• 発達した星における固有の星の活動性が、高精度な径速度測定を困難にする課題を克服すること。
• 発達した星の周囲に存在する惑星系の頻度と性質に関する統計的知見を得ること、特に星-惑星相互作用の兆候を示す系を対象とすること。
• TYC 1422-614-1のような特定の系を深く研究することで、質量の大きな惑星および中性星の形成メカニズムを解明すること。
• 発達した星の周囲で近接軌道に質量の大きな同伴天体を形成するためのディスク分岐モデルおよびコア集積モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• 初期の径速度変動の検出のため、ホビーエーベリー望遠鏡（HET）を用いて3651日間にわたり69回の径速度（RV）エポックを取得した。
• 軌道パラメータの確認および精緻化のため、3.6 m Telescopio Nazionale Galileo（TNG）のHARPS-Nで408日間にわたり17回の超高精度RV測定を実施した。
• 星の活動性を評価し、回転調制を検出するために、すべての空域自動調査（ASAS）からの光度時間系列データを補足的に用いた。
• 星のパラメータを決定するためにスペクトル解析を実施し、光度調制から得られた473日間の回転周期を特定した。
• ケプラー運動論的モデリングを適用してRVデータに適合させ、複数の惑星信号を同定した。同時に、フィット後の残差を分析して追加の信号を検出した。
• Hαインデックス（IHα）および光度変動を用いて、星の活動性がRV測定に与える影響を評価し、惑星由来の信号と星由来の信号を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高リスクの星の活動性を示す発達した巨星の周囲において、高精度な径速度モニタリングが惑星系を検出可能であるか？
• RQ2 TYC 1422-614-1系における同伴天体の軌道パラメータおよび最小質量は何か？また、既知の系と比較するとどうなるか？
• RQ3 1.37 AUの軌道上に質量の大きな中性星が存在する、金属量が太陽未満の巨星の周囲で、ディスク分岐またはコア集積モデルのどちらがその形成を説明できるか？
• RQ4 潮汐相互作用および軌道の崩壊が、このような系における惑星の長期的進化に与える影響は何か？また、何時ごろに星に飲み込まれるか？
• RQ5 質量の大きな内側の惑星と質量の大きな外側の同伴天体の存在が、現在の惑星および中性星形成モデルに挑戦するものか？

主な発見

• K2巨星星TYC 1422-614-1の周囲に複数の惑星系が発見され、径速度変動を用いて2つの同伴天体が検出された。
• 内側の同伴天体の最小質量は2.5 M_J、軌道距離は0.69 AUであり、外側の同伴天体の最小質量は10 M_J、軌道距離は1.37 AUである。
• この系は、巨星の周囲に複数の惑星を持つ既知の系の中でわずか5つに過ぎない中、TAPASプロジェクトによって発見された最初の例である。
• ASASからの星の光度測定により、473日間の回転周期が判明し、これはスペクトル的推定と一致しており、spotsに起因する調制と一致する。
• RVおよびHαデータに、長期的で弱い残差信号が存在し、継続的な星の活動性または未検出の同伴天体の存在を示唆している。
• 潮汐相互作用による軌道崩壊の影響で、両方の惑星は赤色巨星巨星の頂点に達するまでの数十億年以内に星に飲み込まれると予想される。