[논문 리뷰] Multiplicity in transiting planet host stars. A Lucky Imaging study of Kepler candidates

J. Lillo-Box, D. Barrado외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 01.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 33인용 수 44

한 줄 요약

이 연구는 칼라호 조망대의 AstraLux 기구를 사용한 럭키 이미징를 통해 98개의 Kepler 목표물(Kepler Objects of Interest, KOIs) 주위의 밀접한 쌍성들을 탐지하였으며, 6 arcsec 이내에 해상도가 불충분한 별 형성체가 41.9%에 달함을 밝혀냈다. 주요 발견은 19개의 별 형성체가 KOIs에서 3 arcsec 이내에 위치하며, 그 중 8개는 물리적으로 유사한 별일 가능성이 높으며, 이는 잘못된 양성 결과 비율과 행성 파라미터 정확도에 상당한 영향을 미친다.

ABSTRACT

In the exoplanetary era, the Kepler spacecraft is causing a revolution by discovering thousands of new planet candidates. However, a follow up program is needed in order to reject false candidates and to fully characterize the bona-fide exoplanets. Our main aims are: 1./ Detect and analyze close companions inside the typical Kepler PSF to study if they are the responsible of the dim in the Kepler light curves, 2./ Study the change in the stellar and planetary parameters due to the presence of an unresolved object, 3./ Help to validate those Kepler Objects of Interest that do not present any object inside the Kepler PSF and 4./ Study the multiplicity rate in planet host candidates. Such a large sample of observed planet host candidates allows us to do statistics about the presence of close (visual or bounded) companions to the harboring star. We present here Lucky Imaging observations for a total amount of 98 Kepler Objects of Interest. This technique is based on the acquisition of thousands of very short exposure time images. Then, a selection and combination of a small amount of the best quality frames provides a high resolution image with objects having a 0.1 arcsec PSF. We applied this technique to carry out observations in the Sloan i and Sloan z filters of our Kepler candidates. We find blended objects inside the Kepler PSF for a significant percentage of KOIs. On one hand, only 58.2% of the hosts do not present any object within 6 arcsec. On the other hand, we have found 19 companions closer than 3 arcsec in 17 KOIs. According to their magnitudes and i-z color, 8 of them could be physically bounded to the host star.

연구 동기 및 목표

• Kepler의 점원형 함수 내부에 있는 밀접한 별 형성체를 탐지하고 분석하여 잘못된 양성 전이 신호를 식별한다.
• 해상도가 불충분한 형성체가 Rp/R*, a/R*, 그리고 영향 매개변수와 같은 유도된 별 및 행성 파라미터에 어떤 영향을 미치는지 평가한다.
• 탐지된 형성체가 없는 Kepler 목표물들을 검증하여 배경에 위치한 별이나 이중성의 혼합을 배제한다.
• 이중성 빈도를 이해하기 위해 전이 행성 주위 별의 다중성 비율을 측정한다.
• 오차 확률 추정치와 행성계 특성 분석을 향상시키기 위해 고해상도 이미징 제약 조건을 제공한다.

제안 방법

• 칼라호 조망대의 2.2m 망원경에 장착된 AstraLux 기구를 사용해 럭키 이미징 관측을 수행하였다.
• 100 ms 이하의 짧은 노출 시간으로 수천 장의 이미지를 확보하고, 최고 품질의 프레임을 선택해 조합하여 0.1 arcsec FWHM 해상도를 확보하였다.
• 탐지된 형성체의 광학적 및 색채 분석을 위해 Sloan i 및 z 필터에서 관측을 수행하였다.
• 형성체의 위치, 등급, 색인수(i−z)를 결정하기 위해 천문학적 및 광학적 측정을 수행하였다.
• 형성체를 등급-색상도(Mi 대 i−z)에 그려내어 주계열의 끝점(ZAMS)과 비교하여 물리적 연관성을 평가하였다.
• 오류 확률을 평가하고, 형성체가 탐지된 KOIs의 행성 파라미터를 재평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Kepler 목표물 중 6 arcsec 이내에 밀접한 별 형성체가 있는 비율은 얼마이며, 이는 전이 밝기 곡선에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 색상-등급 진단 및 ZAMS 일치 기반으로, 탐지된 형성체 중 어떤 것이 주변 별과 물리적으로 유사한가?
• RQ3 해상도가 불충분한 형성체가 전이 후보자에 대해 유도된 행성 및 별 파라미터(Rp/R*, a/R*, 영향 매개변수 등)에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 별 형성체가 Kepler 샘플에서 잘못된 양성 전이 신호에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 특히 S형 행성계에 대해 Kepler 샘플 내 행성 주위 별의 다중성 비율은 얼마인가?

주요 결과

• 관측된 98개의 KOI 중 58.2%는 6 arcsec 이내에 눈에 띄는 형성체를 보이지 않아 고립된 시스템의 상당 부분을 차지함을 시사한다.
• 17개의 KOI 주위에 총 19개의 밀접한 형성체가 3 arcsec 이내에서 탐지되었으며, 그 중 8개는 i−z 색상과 ZAMS 일치 기반으로 주변 별과 물리적으로 유사한 것으로 추정된다.
• 행성 주위 별에서 관측된 이중성 빈도는 6.2–9.2%로 추정되며, 이는 샘플에서의 하한선에 해당한다.
• KOI-0379B, 0658B, 0641B, 0645B, 0298B의 형성체는 ZAMS에 정확히 위치해 있어 공시 형성과 물리적 연관성을 지지한다.
• KOI-0703에서는 3-σ 유의 수준에서 흐린 형성체가 탐지되었으며, 향후 더 깊은 데이터로 확인 가능성이 있음을 시사한다.
• 19개의 밀접한 형성체와 1개의 중간 거리 형성체(KOI-0623B)에 대해 정확한 천문학적 및 광학적 데이터를 제공하여 행성 파라미터 재평가가 가능해졌다.