[논문 리뷰] Extrasolar planets and brown dwarfs around A--F type stars. VIII. A giant planet orbiting the young star HD113337

S. Borgniet, I. Boisse외 20명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 56인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 약 150 Myr (−50/+100 Myr)의 연령 추정을 가진 젊은 F형 항성 HD113337의 궤도에서 최소 질량 2.83 ± 0.24 M_Jup인 거대 행성을 반지름 속도로 검출하였다. 이 행성은 324.0일의 궤도 주기를 가지며 이심도 e = 0.46 ± 0.04를 보이며, 냉각된 고체 테이프 원반을 지닌 것으로 나타나 젊은 항성 환경에서 행성계와 원행성 원반 간의 잠재적 연관성을 시사한다.

ABSTRACT

In the frame of the search for extrasolar planets and brown dwarfs around early-type main-sequence stars, we present the detection of a giant planet around the young F-type star HD113337. We estimated the age of the system to be 150 +100/-50 Myr. Interestingly, an IR excess attributed to a cold debris disk was previously detected on this star. The SOPHIE spectrograph on the 1.93m telescope at Observatoire de Haute-Provence was used to obtain ~300 spectra over 6 years. We used our SAFIR tool, dedicated to the spectra analysis of A and F stars, to derive the radial velocity variations. The data reveal a 324.0 +1.7/-3.3 days period that we attribute to a giant planet with a minimum mass of 2.83 +- 0.24 Mjup in an eccentric orbit with e=0.46 +- 0.04. A long-term quadratic drift, that we assign to be probably of stellar origin, is superimposed to the Keplerian solution.

연구 동기 및 목표

• 반지름 속도 기법을 이용해 초기 주계열 A–F형 항성 주위의 외계행성 및 백색왜성 후보를 탐지하고 특성화하는 것.
• 고역도 및 약한 스펙트럼선을 가진 고질량, 젊은 항성 주위에서 행성계의 형성 및 천체역학적 진화를 조사하는 것.
• 냉각된 고체 테이프 원반의 존재와 거대 행성의 존재 간 상관관계를 탐색하는 것.
• 넓고 흐린 스펙트럼선으로 인해 어려운 A–F형 항성 주위에서의 반지름 속도 측정 기법을 향상시키는 것.
• 특히 이심도 궤도를 도는 거대 행성의 경우 항성 질량이 행성계의 구조에 미치는 영향을 이해하는 데 기여하는 것.

제안 방법

• 프로방스 고도 관측소(OHP)의 1.93m 망원경에 장착된 SOPHIE 섬유 공급형 에클레르 분광계를 사용하여 6년간 약 300건의 반지름 속도 측정치를 확보하였다.
• A–F형 항성의 넓고 흐린 스펙트럼선에 특화된 Fourier 간섭 스펙트럼 방법 기반의 SAFIR 도구를 반지름 속도 분석에 적용하였다.
• 행성의 공전 주기성 신호를 탐지하기 위해 반지름 속도 변동을 케플러 궤도 해법으로 모델링하였다.
• 장기적인 2차 다항식 반지름 속도 이격을 항성 활동성 또는 내재된 항성 과정으로 인한 것으로 간주하여 궤도 모델에 2차 경향성을 포함시켰다.
• 반지름 속도 해법과 함께 스펙트럼 및 광도 지표를 이용한 항성 연령 추정치를 결합하여 시스템의 진화를 제약 조건으로 설정하였다.
• 기존 자료와 항성 파aram터(예: v sin i, 표면중력, 효율 온도)를 활용하여 시스템의 천체역학적 및 진화적 상태를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 젊은 F형 항성 HD113337은 거대 행성을 갖는가? 만약 그렇다면 궤도 파aram터는 무엇인가?
• RQ2 HD113337 주위의 냉각된 고체 테이프 원반 존재와 시스템 내 거대 행성의 존재 간 관계는 무엇인가?
• RQ3 고속 자전과 약한 스펙트럼 특징을 가진 A–F형 항성 주위에서 반지름 속도 기법이 행성을 효과적으로 탐지할 수 있는가?
• RQ4 이 시스템에서 관측된 장기적인 2차 다항식 반지름 속도 이격의 의미는 무엇인가?
• RQ5 이 시스템의 특성은 연령과 천체역학적 안정성 측면에서 행성과 고체 테이프 원반을 모두 지닌 다른 알려진 시스템과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HD113337 항성의 반지름 속도 변동을 통해 최소 질량 2.83 ± 0.24 M_Jup인 거대 행성을 검출하였다.
• 행성의 궤도 주기는 324.0^{+1.7}_{-3.3}일이며, 이심도는 e = 0.46 ± 0.04이다.
• 이 시스템의 연령은 150 Myr로 추정되며, 신뢰구간은 −50/+100 Myr로 젊은 항성군에 속한다.
• 장기적인 2차 다항식 반지름 속도 이격이 관측되었으며, 항성 기원일 가능성이 높으며 자전 조절 또는 자기장 활동과 관련될 수 있다.
• HD113337은 이전에 관측된 적외선 과잉으로 인해 냉각된 고체 테이프 원반이 존재하는 것으로 추정되며, 행성계와 원행성-dust 간 잠재적 연관성을 시사한다.
• 낮은 v sin i 값(높은 기울기와 일치)과 젊은 연령으로 인해 시스템은 거의 극축 방향으로 관측되고 있을 가능성이 있으나, 아직 추측 수준이다.