[논문 리뷰] New constrains on Gliese 86 B

A.‐M. Lagrange, H. Beust외 3명|arXiv (Cornell University)|2006. 06. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 다중 에포크 NACO 적응 광학 영상 및 라디얼 속도 데이터를 조합하여, 행성 형성 별 글리에세 86 A의 위성인 글리에세 86 B의 궤도 및 질량을 천체역학적으로 제약한다. 분석 결과, 브라운 왜성 기원을 배제하고 글리에세 86 B가 0.48–0.62 M☉의 백색왜성임을 확인하였으며, 이는 이심률이 0.4 이상인 타원 궤도와 역행 운동을 보이며, 시스템의 역학적 및 진화적 모순을 해결한다.

ABSTRACT

We present the results of multi epochs imaging observations of the companion to the planetary host Gliese 86. Associated to radial velocity measurements, this study aimed at characterizing dynamically the orbital properties and the mass of this companion (here after Gliese 86 B), but also at investigating the possible history of this particular system. We used the adaptive optics instrument NACO at the ESO Very Large Telescope to obtain deep coronographic imaging in order to determine new photometric and astrometric measurements of Gliese 86 B. Part of the orbit is resolved. The photometry of Gliese B indicates colors compatible with a ~70 Jupiter mass brown dwarf or a white dwarf. Both types of objects allow to fit the available, still limited astrometric data. Besides, if we attribute the long term radial velocity residual drift observed for Gliese A to B, then the mass of the latter object is ~0.5 Msun. We analyse both astrometric and radial velocity data to propose first orbital parameters for Gliese B. Assuming Gliese B is a ~0.5 Msun white dwarf, we explore the constraints induced by this hypothesis and refine the parameters of the system.

연구 동기 및 목표

• 행성 형성 별 글리에세 86 A의 위성인 글리에세 86 B의 궤도 매개변수와 질량을 천체역학적으로 특성화하는 것.
• 글리에세 86 A에서 관측된 장기적 라디얼 속도 이격 현상이 글리에세 86 B에 기인한 것인지 테스트하여 신호의 기원을 규명하는 것.
• 특히 수십억 년에 걸쳐 내부 4 MJ 행성이 생존할 수 있었던 시스템의 역학적 역사를 및 안정성을 조사하는 것.
• 아스트로메트릭, 광도 측정 및 라디얼 속도 데이터를 진화 모델과 결합하여 글리에세 86 B의 물리적 성질을 규명하는 것.

제안 방법

• 2003년, 2004년, 2005년 다중 에포크 동안 VLT의 NACO 기구를 사용하여 글리에세 86 A와 B의 깊은 코로나그래픽 영상을 확보하였다.
• NACO의 적응 광학 시스템과 코로나그래피를 활용하여 J, H, Ks 대역에서 글리에세 86 B의 아스트로메트릭 및 광도 측정을 수행하였다.
• 글리에세 86 B가 장기적 RV 이격의 원인일 것이라는 가정 하에 아스트로메트릭 위치와 라디얼 속도 잔차를 조합하여 궤도 해를 모델링하였다.
• 궤도 매개변수를 제약하기 위해 천체역학적 안정성 기준, 특히 행성 형성의 최소 초기 간격(≥10 AU) 및 힐 반경을 적용하였다.
• 백색왜성 냉각 모델(Bergeron et al. 2001)을 적용하여 글리에세 86 B의 유효 온도, 중력 및 냉각 연령을 추정하였다.
• 후주계열진화 기간 동안 질량 손실과 초기 이중성 간격을 모델링하여 시스템의 진화를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 글리에세 86 B가 글리에세 86 A에서 관측된 장기적 라디얼 속도 이격 현상의 원인인지 확인하고, 이는 질량과 궤도 매개변수에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ2 아스트로메트릭, 광도 측정 및 라디얼 속도 데이터를 종합적으로 고려할 때 글리에세 86 B의 진정한 성격은 브라운 왜성인지 백색왜성인지?
• RQ3 내부 4 MJ 행성의 생존 가능성이 글리에세 86 B의 궤도 매개변수와 질량과 일치하는가?
• RQ4 행성 형성 및 궤도 안정성 조건이 초기 간격과 글리에세 86 B의 질량에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ5 글리에세 86 A의 추정 연령(2–3 Gyr)이 글리에세 86 B의 냉각 연령과 어떻게 비교되며, 이는 그 원천 질량에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 글리에세 86 B는 아스트로메트릭 및 라디얼 속도 데이터의 천체역학 모델링을 통해 0.48 M☉ ≤ m ≤ 0.62 M☉로 제약된 백색왜성일 가능성이 매우 높다.
• 궤도 해석 결과, 이심률이 0.4 이상인 타원 궤도이며, 반장축이 수십 AU에 이르며, 이는 최소 수백 년의 궤도 주기를 의미한다.
• 최근에 근일점에 도달했으며, 궤도 위상과 라디얼 속도 경향을 바탕으로 5–20년 전에 가장 가까이 다가온 것으로 추정된다.
• 천구의 평면에 대해 역행 궤도이며, 기울기 120° ≤ i ≤ 150°로, 이는 공면이 아닌 비공면 시스템임을 나타낸다.
• 글리에세 86 B의 광도 측정 결과는 냉각된 백색왜성과 일치하며, 스펙트럼에서 분자/원자선이 관측되지 않는 것은 브라운 왜성 해석보다 백색왜성 해석을 지지한다.
• 글리에세 86 B의 원천은 초기 질량가 0.8 M☉에서 1.5 M☉ 사이였을 것으로 추정되며, 이는 K2V에서 F7V 스펙트럼 유형에 해당하지만, 이는 추정된 시스템 연령과 충돌한다. 유일한 해법은 원천 질량이 더 높아야 한다는 것이다.