[논문 리뷰] Precise radial velocities of giant stars. IV. A correlation between surface gravity and radial velocity variation and a statistical investigation of companion properties

S. Hekker, I. A. G. Snellen외 4명|ArXiv.org|2008. 01. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 42인용 수 44

한 줄 요약

이 연구는 리커 관측소의 고정밀 측정을 통해 179개의 K 거대성에서의 도래 속도(RV) 변동성을 조사하여 표면 중력도(log g)와 비주기적 RV 산란 사이에 강한 상관관계를 발견하였으며, 주기적 변동은 부형성 천체의 궤도 반동에서 기인할 가능성이 높다. 결과적으로, 주계열의 F, G, K 열광성과 비교해 K 거대성에서는 질량이 큰 행성이 훨씬 더 흔한 것으로 나타났으며, 이들에서 유추된 천체는 주계열 별 주위의 천체보다 질량이 더 크고 궤도 주기가 더 긴 편이다.

ABSTRACT

Since 1999, we have been conducting a radial velocity survey of 179 K giants using the CAT at UCO/Lick observatory. At present ~20-100 measurements have been collected per star with a precision of 5 to 8 m/s. Of the stars monitored, 145 (80%) show radial velocity (RV) variations at a level >20 m/s, of which 43 exhibit significant periodicities. Our aim is to investigate possible mechanism(s) that cause these observed RV variations. We intend to test whether these variations are intrinsic in nature, or possibly induced by companions, or both. In addition, we aim to characterise the parameters of these companions. A relation between log g and the amplitude of the RV variations is investigated for all stars in the sample. Furthermore, the hypothesis that all periodic RV variations are caused by companions is investigated by comparing their inferred orbital statistics with the statistics of companions around main sequence stars. A strong relation is found between the amplitude of the RV variations and log g in K giant stars, as suggested earlier by Hatzes & Cochran (1998). However, most of the stars exhibiting periodic variations are located above this relation. These RV variations can be split in a periodic component which is not correlated with log g and a random residual part which does correlate with log g. Compared to main-sequence stars, K giants frequently exhibit periodic RV variations. Interpreting these RV variations as being caused by companions, the orbital param eters are different from the companions orbiting dwarfs. Intrinsic mechanisms play an important role in producing RV variations in K giants stars, as suggested by their dependence on log g. However, it appears that periodic RV variations are additional to these intrinsic variations, consistent with them being caused by companions.

연구 동기 및 목표

• K 거대성에서의 도래 속도 변동이 내재된 항성 과정에 기인하는지 아니면 부형성 천체의 궤도 반동에 기인하는지 확인하기 위해
• 표면 중력도(log g)와 도래 속도 변동의 진폭 사이의 상관관계를 조사하기 위해
• 주계열 F, G, K 주계열 별 주위의 부형성 천체 궤도 매개변수를 K 거대성에서 주기적인 RV 변동으로 유추된 것과 비교하기 위해
• 주기적인 RV 변동이 행성 천체에 기인한 것인지, 펄세이션 또는 spots와 같은 다른 메커니즘에 기인한 것인지 통계적으로 평가하기 위해
• 특히 코어 축적 모델을 고려할 때, 부형성 천체 질량과 궤도 분포의 결과를 바탕으로 행성 형성 이론에 미치는 영향을 평가하기 위해

제안 방법

• 리커 관측소의 쿠에드 부속 망원경에서 하모닉 이클렌드 스펙트로그래프를 사용해 179개의 K 거대성의 도래 속도를 측정하여 5–8 m s⁻¹의 정밀도를 확보함.
• 관측된 도래 속도 진폭과 표면 중력도(log g) 사이의 상관관계를 분석하여 내재된 항성 변동성과 궤도 반동 운동을 구분함.
• 주기적 RV 변동을 주기도 분석을 통해 식별하고, 진정한 주기적 신호를 탐지하기 위해 유의미성 기준을 설정함.
• 케플러 궤도를 가정하여 주기적 RV 신호에서 궤도 매개변수(반장축, 이심률, 최소 질량)를 유추함.
• 기존의 조사에서 유추된 주계열 F, G, K 주계열 별 주위의 부형성 천체 궤도 매개변수와 비교하여 유추된 부형성 천체 통계(질량, 주기, 이심률)를 분석함.
• 스 pot 또는 펄세이션에 의한 RV 변동을 배제하기 위해 히파르코스 위성의 광도 데이터를 분석하여 RV 주기와 관련된 광도 변동성을 확인함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 K 거대성에서 표면 중력도(log g)와 도래 속도 변동의 진폭 사이에 유의미한 상관관계가 존재하는가?
• RQ2 K 거대성에서 주기적인 도래 속도 변동은 주로 부형성 천체의 궤도 반동에 기인하는가, 아니면 내재된 항성 과정에 기인할 수 있는가?
• RQ3 K 거대성에서 주기적인 RV 변동으로 유추된 부형성 천체의 궤도 매개변수(질량, 주기, 이심률)는 주계열 F, G, K 주계열 별 주위의 부형성 천체와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 K 거대성에서 주계열 별보다 더 높은 주기적 RV 변동 발생률은 더 높은 질량의 행성 빈도가 진화된 별 주위에 존재함을 시사하는가?
• RQ5 광도 데이터를 사용하여 관측된 RV 변동이 항성 펄세이션 또는 자기장 스폰트에 의한 것과 구별될 수 있는가?

주요 결과

• 도래 속도 진폭과 표면 중력도(log g) 사이에 강한 상관관계가 발견되어, 대류 또는 펄세이션과 관련된 내재된 항성 과정이 K 거대성에서 RV 산란에 크게 기여함을 시사한다.
• 주기적인 RV 변동을 보이는 별들은 대부분 log g–진폭 상관관계선 위에 위치해 있어, 주기적 신호가 log g에 의존하는 내재된 변동성과는 다름을 시사한다.
• 179개의 K 거대성 중 약 80%가 20 m s⁻¹ 이상의 RV 변동을 보이며, 그 중 43(24%)는 유의미한 주기를 보여, 주계열 별에 비해 주기적 RV 변동의 빈도가 높음을 시사한다.
• 주계열 별과 비교해 K 거대성은 더 긴 궤도 주기와 더 높은 최소 질량을 가진 부형성 천체의 비율이 유의미하게 높아, 진화된 별 주위에 더 질량이 큰 행성계가 존재함을 시사한다.
• K 거대성 주위의 유추된 부형성 천체는 평균 반장축이 수 AU이며, 이심률 분포(주로 <0.3)는 주계열 별 주위의 천체와 유사하지만, 표본 크기의 제한으로 강한 결론을 내리기 어려움.
• 히파르코스 데이터에서 RV 주기와 관련된 유의미한 광도 변동은 관측되지 않아, 스폰트에 의한 변동이 주기적 RV 신호의 주요 원인임을 배제함.