[논문 리뷰] Precise Radial Velocities of 2046 Nearby FGKM Stars and 131 Standards

Carly Chubak, G. Marcy외 5명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 34

한 줄 요약

이 논문은 아이오딘 흡수 세포를 사용한 Keck 및 Lick 관측소 데이터를 바탕으로, 2046개의 근접한 FGKM 항성과 131개의 라디얼 속도 기준 항성에 대해 약 0.1 km s⁻¹의 정밀도를 갖는 매우 정밀한 라디얼 속도를 제시한다. G2V 항성에 대해 0.01 km s⁻¹의 정밀도로 안정적인 속도 제로포인트를 확립하였으며, 장기적으로 안정된(표준편차 < 0.03 km s⁻¹) 131개의 항성 기준 집합을 제공하여, 외계행성 탐지 및 은하 운동학 연구의 보다 향상된 보정을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We present radial velocities with an accuracy of 0.1 km/s for 2046 stars of spectral type F,G,K, and M, based on 29000 spectra taken with the Keck I telescope. We also present 131 FGKM standard stars, all of which exhibit constant radial velocity for at least 10 years, with an RMS less than 0.03 km/s. All velocities are measured relative to the solar system barycenter. Spectra of the Sun and of asteroids pin the zero-point of our velocities, yielding a velocity accuracy of 0.01 km/s for G2V stars. This velocity zero-point agrees within 0.01 \kms with the zero-points carefully determined by Nidever et al. (2002) and Latham et al. (2002). For reference we compute the differences in velocity zero-points between our velocities and standard stars of the IAU, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, and l'Observatoire de Geneve, finding agreement with all of them at the level of 0.1 km/s. But our radial velocities (and those of all other groups) contain no corrections for convective blueshift or gravitational redshifts (except for G2V stars), leaving them vulnerable to systematic errors of 0.2 \kms for K dwarfs and ~0.3 km/s for M dwarfs due to subphotospheric convection, for which we offer velocity corrections. The velocities here thus represent accurately the radial component of each star's velocity vector. The radial velocity standards presented here are designed to be useful as fundamental standards in astronomy. They may be useful for Gaia (Crifo et al. 2010, Gilmore et al. 2012} and for dynamical studies of such systems as long-period binary stars, star clusters, Galactic structure, and nearby galaxies, as will be carried out by SDSS, RAVE, APOGEE, SkyMapper, HERMES, and LSST.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 분광법을 사용하여 2046개의 근접한 FGKM 항성의 라디얼 속도를 1 km s⁻¹ 이내의 정밀도로 측정하는 것.
• 최소 10년 이상 동안 장기적으로 안정된(표준편차 < 0.03 km s⁻¹) 131개의 라디얼 속도 기준 항성을 식별하고 특성화하는 것.
• 태양과 소행성 스펙트럼을 사용하여 G2V 항성에 대해 0.01 km s⁻¹ 정밀도로 정확한 속도 제로포인트를 확립하는 것.
• 계속적인 시스템적 오차를 최소화하여, Gaia, SDSS, APOGEE, LSST와 같은 향후 설문조사에 기초 시스템을 제공하는 것.
• 특히 K 및 M 항성에 대해 대류 블루시프트와 중력적 레드시프트로 인한 시스템적 오차를 정량화하고 보정하는 것.

제안 방법

• HIRES 분광계와 아이오딘 세포를 사용하여 Keck I 망원경에서 약 29,000개의 스펙트럼을 확보하였다.
• 별의 흡수선과 아이오딘 흡수선의 도플러 시프트 분석을 통해 태양계 질량중심을 기준으로 한 라디얼 속도를 측정하였다.
• 태양과 소행성의 스펙트럼을 사용하여 제로포인트를 고정하여, G2V 항성에 대해 0.01 km s⁻¹의 정밀도를 달성하였다.
• 국제천문학연합(IAU), 하버드-스미스소니언 관측소 및 제네바 관측소의 기존 표준과 비교하여, 0.1 km s⁻¹ 이내의 일치를 확인하였다.
• 하층 대류로 인한 시스템적 오차를 식별하고 보정하였으며, K 항성과 M 항성에 대해 각각 약 0.2 km s⁻¹ 및 0.3 km s⁻¹의 보정을 추정하였다.
• 다수의 세기 동안 표준 항성의 장기 모니터링을 통해 안정성과 여러 세기 동안의 속도 척도 유효성을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 후보 기준 항성의 장기적 라디얼 속도 안정성은 어떠한가? 그리고 이들은 라디얼 속도 설문조사의 기본 보정 기준으로 사용될 수 있는가?
• RQ2 아이오딘 세포 분광법을 사용하여 FGKM 항성의 라디얼 속도를 얼마나 정밀하게 측정할 수 있으며, 도달 가능한 제로포인트 정밀도는 무엇인가?
• RQ3 대류 블루시프트와 중력적 레드시프트가 K 및 M 항성의 라디얼 속도 측정에 얼마나 큰 시스템적 오차를 유발하는가?
• RQ4 이 연구의 라디얼 속도는 이전 설문조사(Nidever et al. 2002, Udry et al. 1999)와 비교하여 어떻게 다른가? 그리고 이러한 격리의 원인은 무엇인가?
• RQ5 이 연구에서 확립한 속도 제로포인트는 다양한 항성 유형과 관측소에 일관되게 적용될 수 있는가? 그리고 국제 표준과 비교하여 어떠한가?

주요 결과

• 2046개의 FGKM 항성에 대한 라디얼 속도 측정치는 0.1 km s⁻¹의 정밀도를 달성하였으며, G2V 항성에 대해 제로포인트 정밀도는 0.01 km s⁻¹이다.
• 131개의 기준 항성은 최소 10년 이상 동안 표준편차가 0.03 km s⁻¹ 이하로 장기적으로 안정된 라디얼 속도를 보이며, 기본 기준으로서의 자격을 갖는다.
• 태양과 소행성 스펙트럼에서 유도된 속도 제로포인트는 Nidever et al. (2002) 및 Latham et al. (2002)의 결과와 0.01 km s⁻¹ 이내로 일치한다.
• 이 연구와 Udry et al. (1999) 간의 시스템적 차이는 약 0.15 km s⁻¹로 나타났으며, 이는 색상에 따라 달라지는 제로포인트 오프셋을 시사한다.
• Nidever et al. (2002)와의 비교에서 F, G, K 항성에 대해 공동 표준편차가 0.1 km s⁻¹로 나타나, 속도 척도와 제로포인트의 일관성을 확인하였다.
• M 항성의 경우 Nidever et al. (2002)와의 표준편차가 0.13 km s⁻¹이며, 제로포인트 차이는 무시할 수 없을 정도로 작아, 서로 다른 설문조사 간의 높은 일관성을 나타낸다.