[논문 리뷰] HADES RV program with HARPS-N at TNG. IX. A super-Earth around the M dwarf Gl686

L. Affer, M. Damasso외 26명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 68인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 M1형 항성 주위를 공전하는 초지구 외계행성 Gl 686 b의 발견을 보고한다. 이 행성은 0.092 AU 거리에서 공전하며, 최소 질량은 7.1 ± 0.9 M⊕이고 궤도 주기는 15.532 ± 0.002일이다. HARPS-N, HIRES, HARPS의 20년간의 원추속도 데이터를 바탕으로 한 베이지안 프레임워크를 사용하여, 강한 자기장 활동과 자전 유도 진동으로 인한 노이즈와 구분되는 행성 신호를 확인하였다.

ABSTRACT

The HArps-n red Dwarf Exoplanet Survey is providing a major contribution to the widening of the current statistics of low-mass planets, through the in-depth analysis of precise radial velocity measurements in a narrow range of spectral sub-types. As part of that program, we obtained radial velocity measurements of Gl 686, an M1 dwarf at d = 8.2 pc. The analysis of data obtained within an intensive observing campaign demonstrates that the excess dispersion is due to a coherent signal, with a period of 15.53 d. Almost simultaneous photometric observations were carried out within the APACHE and EXORAP programs to characterize the stellar activity and to distinguish periodic variations related to activity from signals due to the presence of planetary companions, complemented also with ASAS photometric data. We took advantage of the available radial velocity measurements for this target from other observing campaigns. The analysis of the radial velocity composite time series from the HIRES, HARPS and HARPS-N spectrographs, consisting of 198 measurements taken over 20 years, enabled us to address the nature of periodic signals and also to characterize stellar physical parameters (mass, temperature, and rotation). We report the discovery of a super-Earth orbiting at a distance of 0.092 AU from the host star Gl 686. Gl 686 b has a minimum mass of 7.1 +/- 0.9 MEarth and an orbital period of 15.532 +/- 0.002 d. The analysis of the activity indexes, correlated noise through a Gaussian process framework and photometry, provides an estimate of the stellar rotation period at 37 d, and highlights the variability of the spot configuration during the long timespan covering 20 yrs. The observed periodicities around 2000 d likely point to the existence of an activity cycle.

연구 동기 및 목표

• 저질량 행성을 M형 항성 주위에서 고정밀 원추속도(RV) 측정을 통해 탐지하는 것. 이는 별 활동에 의해 유도되는 RV 진동으로 인해 복잡해진다.
• 다중 에포크 RV 데이터, 광도 측정, 활동 지표를 사용하여 행성 신호와 별 활동을 구분하는 것.
• 초지구를 수반하는 M형 항성에서 자전 주기와 잠재적인 활동 주기와 같은 장기적 활동 행동을 특성화하는 것.
• 관측된 상관 노이즈를 모델링하기 위해 가우시안 프로세스를 포함한 베이지안 모델 선택 프레임워크를 사용하여 궤도 매개변수와 최소 질량을 결정하는 것.
• 다양한 관측 캠프와 기기들 사이에서 20년간의 장기적 일관성과 안정성을 평가하는 것.

제안 방법

• Telescopio Nazionale Galileo의 HARPS-N 분광계를 사용하여 세 개의 관측 시즌 동안 원추속도 측정을 확보하였다.
• HARPS-N 데이터를 기존의 HIRES 및 HARPS RV 데이터와 융합하여 20년에 걸친 198개 측정값으로 구성된 복합 시간 시리즈를 구축하였다.
• 관측된 별 활동 노이즈를 모델링하기 위해 가우시안 프로세스 프레임워크를 적용하여 신호 탐지 정확도를 향상시켰다.
• APACHE 및 EXORAP 프로그램의 광도 곡선과 ASAS 데이터를 분석하여 별의 변동성과 spots 구성 구조를 연구하였다.
• 베이지안 모델 선택을 통해 0개, 1개 또는 2개의 행성과 다양한 이심도를 가진 모델를 비교하였으며, 행성 신호와 활동 노이즈를 위한 가우시안 프로세스(GP)를 포함한 최적의 모델을 선택하였다.
• 활동 지표(Hα, S-index)와 광도 데이터의 GLS 주기 분석을 통해 별의 자전 주기와 활동 주기 길이를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gl 686에서 관측된 15.53일 주기의 원추속도 신호는 행성 동반체에 기인한 것인지, 아니면 별 활동에 의한 것인지?
• RQ2 장기적인 RV 변동성과 활동 진동을 감안할 때, 행성의 진짜 최소 질량과 궤도 주기는 무엇인가?
• RQ3 20년 기간 동안 별의 자전 주기와 스포트 구성은 어떻게 변화하는가? 활동 주기가 존재하는가에 대한 증거는 있는가?
• RQ4 M형 항성계에서 가우시안 프로세스 모델이 상관 노이즈와 행성 신호를 효과적으로 분리할 수 있는가?
• RQ5 15.53일 주기의 신호가 장기적으로 일관되게 유지되는가? 이는 별 활동 모델 대비 행성 기원을 지지하는가?

주요 결과

• 최소 질량 7.1 ± 0.9 M⊕, 궤도 주기 15.532 ± 0.002일인 초지구 행성 Gl 686 b가 확인되었다.
• 15.53일 주기의 신호는 세 관측 시즌과 모든 기기에서 일관되고 안정적으로 유지되어 행성 기원을 지지한다.
• 별의 자전 주기는 약 37일로 추정되었으며, 20년 기간 동안 스포트 구성의 변동성이 관측되었다.
• 광도 및 활동 지표 데이터는 약 2000일의 장기적 활동 주기를 암시한다.
• 베이지안 모델 선택 결과, 추가 행성이나 노이즈 모델링이 없는 모델보다, 행성 신호와 활동 노이즈를 위한 가우시안 프로세스(GP)를 포함한 한 행성 모델이 강력히 지지된다.
• 행성은 주변 항성으로부터 0.092 AU 거리에 위치해 있으며, 대기 조건에 따라 주로 가까운 히비스터블 존 내부에 위치한다.