[논문 리뷰] Elodie metallicity-biased search for transiting Hot Jupiters I. Two Hot Jupiters orbiting the slightly evolved stars HD118203 and HD149143

R. da Silva, S. Udry외 8명|arXiv (Cornell University)|2005. 10. 03.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 14인용 수 34

한 줄 요약

이 논문은 프로방스 관측소의 ELODIE 분광계를 사용한 금속성 농도 편향성 속도 조사에서 두 개의 새로운 핫 줌프탄을 발견했다. 목표로 삼은 금속성 농도가 높은 별들로 탐색함으로써 탐지 효율을 높였으며, 이로 인해 HD 118203 주위에 6.13일 주기의 비정상 궤도를 가진 행성(공전 이심률 e = 0.31, 최소 질량 2.1 M_Jup)과 HD 149143 주위에 4.09일 주기의 거의 원형 궤도를 가진 행성(공전 이심률 e = 0.08, 최소 질량 1.36 M_Jup)을 각각 발견하였다. 이들의 신호에 대한 별의 활동성 영향은 확인되지 않았다.

ABSTRACT

We report the discovery of a new planet candidate orbiting the subgiant star HD118203 with a period of P=6.1335 days. The best Keplerian solution yields an eccentricity e=0.31 and a minimum mass m2sin(i)=2.1MJup for the planet. This star has been observed with the ELODIE fiber-fed spectrograph as one of the targets in our planet-search programme biased toward high-metallicity stars, on-going since March 2004 at the Haute-Provence Observatory. An analysis of the spectroscopic line profiles using line bisectors revealed no correlation between the radial velocities and the line-bisector orientations, indicating that the periodic radial-velocity signal is best explained by the presence of a planet-mass companion. A linear trend is observed in the residuals around the orbital solution that could be explained by the presence of a second companion in a longer-period orbit. We also present here our orbital solution for another slightly evolved star in our metal-rich sample, HD149143, recently proposed to host a 4-d period Hot Jupiter by the N2K consortium. Our solution yields a period P=4.09 days, a marginally significant eccentricity e=0.08 and a planetary minimum mass of 1.36MJup. We checked that the shape of the spectral lines does not vary for this star as well.

연구 동기 및 목표

• 금속성 농도가 높은 별을 대상으로 선별함으로써 핫 줌프탄 탐지 빈도를 높이기 위해, 통계적으로 거대 행성을 가질 가능성이 더 높은 별들을 선별함.
• 프로방스 관측소의 1.93m 망원경에 장착된 ELODIE 분광계를 사용한 고정밀 속도 조사 수행.
• 단기 주기 행성의 전이 탐지에 적합한 짧은 주기의 행성들을 중심으로, 속도 데이터와 광도 모니터링 데이터를 융합하여 전이 가능성이 있는 후보 행성 식별.
• 선형 이분포 분석을 통해 별의 활동성에 의한 속도 변화를 배제함으로써 행성 신호의 유효성 검증.
• 금속성 농도 편향 샘플에서 궤도 및 별의 특성 데이터를 분석하여 은하 형성 모델에 기여함.

제안 방법

• HIPPARCOS 목록에서 빛이 밝고 금속성 농도가 높은 별들을 선별(비등급 V < 8.5, B-V = 0.45 ~ 1.4), 퇴적된 별, 알려진 双성계, 높은 vsin i를 가진 별들을 제외.
• 해상도 약 42,000인 ELODIE 섬유 공급형 에클레 스펙트로미터를 사용한 고정밀 속도 측정. 일반적으로 광자 노이즈 오차는 5–20 ms⁻¹.
• 속도 데이터로부터의 교차 상관 함수 표면적을 이용해 별의 금속성 농도 추정.
• 속도 데이터에 케플러 궤도 피팅을 적용하여 궤도 해를 도출하고, 이심도 궤도와 원형 궤도 해를 비교.
• 교차 상관 함수 프로파일의 이분포 분석을 통해 별의 활동성에 의한 속도 변화 여부 확인.
• 잔차 추세 분석을 통해 장기 주기 궤도에서의 추가 병행 천체 탐색.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금속성 농도가 높은 별을 대상으로 선별함으로써, 속도 조사에서 핫 줌프탄 탐지 효율이 유의미하게 향상되는가?
• RQ2 금속성 농도가 높고 약간 퇴적된 별들에서, 선형 이분포 분석을 통해 행성 유도 속도 신호를 별의 활동성에 의한 신호와 신뢰성 있게 구분할 수 있는가?
• RQ3 최근 발견된 핫 줌프탄 HD 118203b와 HD 149143b의 궤도 특성은 무엇이며, 다른 알려진 시스템과 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 장기적인 속도 추세 분석을 통해 시스템 내 추가 병행 천체의 증거가 있는가?
• RQ5 이 금속성 농도 편향 샘플에서 유도된 행성 질량과 궤도 특성은 행성 형성 및 이동 모델에 어떤 통찰을 제공하는가?

주요 결과

• 6.1335일 주기, 이심률 e = 0.31, 최소 질량 m₂sin i = 2.1 M_Jup를 가지는 새로운 핫 줌프탄 후보 HD 118203b를 발견.
• HD 118203b의 속도 신호는 선형 이분포 범위와 상관관계가 없어, 신호가 별의 활동성에 의한 것이 아님을 시사.
• HD 118203에서 장기적인 속도 추세 49.7 ms⁻¹ yr⁻¹ 관측. 이는 더 긴 주기의 두 번째 병행 천체 존재를 시사.
• HD 149143의 경우, ELODIE 해석을 통해 4.088일 주기, 약간 유의미한 이심률 e = 0.08, 최소 질량 1.36 M_Jup를 확인.
• HD 149143의 이분포 분석 결과, 속도와의 상관관계 없음으로 인해 신호의 행성 기원이 확인됨.
• ELODIE와 N2K의 금속성 농도 편향 조사 통합 결과, 1년 이내에 다섯 개의 새로운 핫 줌프탄을 탐지하였으며, 이 중 전이 가능한 HD 14026b 포함. 이로 인해 정확한 행성 반지름과 밀도 측정 가능.