[논문 리뷰] Extrasolar planets and brown dwarfs around A-F type stars VI. High precision RV survey of early type dwarfs with HARPS

A.‐M. Lagrange, M. Desort외 3명|ArXiv.org|2008. 09. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 40인용 수 261

한 줄 요약

이 연구는 HARPS를 사용하여 초기형 A–F 주계열 항성에 대한 최초의 고정밀 도약속도 조사 결과를 제시하며, 내재된 항성 변동성에도 불구하고 저회전속도 및 저활동성 항성에서는 거대 행성을 여전히 탐지할 수 있음을 입증한다. 이는 질량이 큰 항성 주변에서 행성 형성 연구에 새로운 길을 열어준다.

ABSTRACT

(Abridged) Aims: Systematic surveys to search for exoplanets have been mostly dedicated to solar-type stars sofar. We developed in 2004 a method to extend such searches to earlier A-F type dwarfs and started spectroscopic surveys to search for planets and quantify the detection limit achievable when taking into account the stars properties and their actual levels of intrinsic variations. We give here the first results of our southern survey with HARPS. Results: 1) 64% of the 170 stars with enough data points are found to be variable. 20 are found to be binaries or candidate binaries (with stars or brown dwarfs). More than 80% or the latest type stars (once binaries are removed) are intrinsically variable at a 2 m/s precision level. Stars with earlier spectral type (B-V <= 0.2) are either variable or associated to levels of uncertainties comparable to the RV rms observed on variable stars of same B-V. 2) We have detected one long-period planetary system around an F6IV-V star. 3) We have quantified the jitter due to stellar activity and we show that taking into account this jitter in addition to the stellar parameters, it is still possible to detect planets with HARPS with periods of 3 days (resp. 10 days and 100 days) on 91% (resp. 83%, 61%) of them. We show that even the earliest spectral type stars are accessible to this type of search, provided they have a low vsini and low levels of activity. 4) Taking into account the present data, we compute the actually achieved detection limits for 107 targets and discuss the limits as a function of B-V. Given the data at hand, our survey is sensitive to short-period (few days) planets and to longer ones (100 days) at a lower extent (latest type stars). We derive first constrains on the presence of planets around A-F stars for these ranges of periods.

연구 동기 및 목표

• 이론적으로 더 높은 행성 질량이 예상되지만 아직 잘 탐색되지 않은 태양형 항성 이외의 초기형 A–F 주계열 항성으로 고정밀 도약속도 행성 탐색을 확장한다.
• A–F 항성에서 별 활동(spots, 진동)과 회전으로 인한 너비 확산이 도약속도 측정 정밀도에 미치는 영향을 정량화한다.
• 장비 노이즈와 내재된 항성 진동을 고려할 때 이 항성들 주위에서 행성 탐지가 가능한 한계를 규명한다.
• 낮은 활동성과 낮은 vsini를 가진 항성들을 향후 행성 탐색의 최적 대상으로 선별한다.
• 초기형 주계열 항성 주위에서 단기 궤도 행성(3–100일)의 발생 빈도에 대한 최초의 통계적 제약 조건을 제공한다.

제안 방법

• ESO의 HARPS 분광계를 사용하여 B–V 값이 [−0.1; 0.6] 범위인 185개의 A–F형 주계열 항성에 대해 고정밀 도약속도 조사를 실시하였다.
• 다양한 진단 기준(비스렉터 스펙트럼 길이, 진폭, 변화의 시간스케일)을 사용하여 항성 활동과 행성 공진을 구분하기 위해 전용 소프트웨어를 적용하였다.
• 충분한 데이터 포인트를 확보한 170개 항성의 내재된 변동성 분석을 통해 흑점과 진동으로 인한 항성 진동을 정량화하였다.
• 도약속도 산란의 3×rms를 탐지 한계로 정의하였으며, 이는 장비 노이즈와 내재된 항성 진동을 모두 고려한 것이다.
• 각 대상의 개별 도약속도 산란과 관측 기간을 바탕으로 107개 대상에 대해 실제 탐지 한계를 계산하였으며, 탐지 가능성의 지표로 3×rms 기준을 사용하였다.
• 통계 분석에서 알려진 펄서레이팅 항성(δ Scuti, γ Doradus)을 제외하여 행성 유도가 아닌 변동성만을 분리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 높은 내재된 항성 진동성에도 불구하고 고정밀 도약속도 기법을 통해 A–F형 주계열 항성 주위에서 거대 행성을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 항성 활동(spots, 진동)과 투영된 회전 속도(vsini)가 초기형 항성에서 행성 신호 탐지 가능성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 내재된 진동성과 회전 성질을 고려할 때 A–F 주계열 항성 중 얼마나 많은 항성이 행성 탐색에 적합한가?
• RQ4 이 샘플에서 3일, 10일, 100일 궤도 주기의 행성에 대한 실제 탐지 한계는 무엇이며, B–V 색상과 항성 유형에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ5 실제로 확보된 탐지 민감도는 이론적 한계와 비교해 어떻게 되며, 0.5–1 M_Jup 질량의 행성에 대해 얼마나 많은 항성이 민감한가?

주요 결과

• 충분한 데이터 포인트를 확보한 170개 항성 중 64%가 도약속도 변동성을 보였으며, 주로 항성 활동 또는 내재된 진동으로 인한 것이다.
• 20개 항성이 이중성 또는 이중성 후보로 확인되었으며, 그 중 하나는 F6IV–V 항성 주위에 100일 이상의 장기 주기 행성계를 포함하고 있다.
• 3일 주기 행성의 경우, 낮은 vsini와 낮은 활동성을 가진 A–F 주계열 항성의 91%에서 HARPS로 탐지 가능하다. 10일 및 100일 주기의 경우 탐지율은 각각 83%와 61%이다.
• 조금 더 이르은 유형의 항성(B–V ≤ 0.2)도 낮은 투영된 회전 속도와 낮은 활동 수준을 가진다면 행성 탐지에 접근 가능하다.
• B–V ≥ 0.4인 항성의 경우, 3일 주기이고 질량이 ≥1 M_Jup인 행성의 존재 비율이 5% 미만이므로, 늦은 유형의 A–F 주계열 항성 주위에는 핫 줌프 행성의 발생 빈도가 낮다는 것을 시사한다.
• 충분한 데이터를 확보한 107개 항성에서 도달한 탐지 한계는 3×rms 기준으로 설정되었으며, 이는 각 대상의 노이즈 바닥을 신뢰성 있게 포착하고 있음을 확인한다.