[논문 리뷰] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: Different roads to radii and masses of the target stars

A. Schweitzer, V. M. Passegger외 29명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 05.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 119인용 수 64

한 줄 요약

이 연구는 CARMENES에서 관찰된 293명의 근처 M형 왜성의 반지름과 질량을 동질한 접근법으로 도출하고, 분광학, 광도 측정 및 연주시차를 결합하여 여러 질량/반지름 결정 방법을 비교한다.

ABSTRACT

We determine the radii and masses of 293 nearby, bright M dwarfs of the CARMENES survey. This is the first time that such a large and homogeneous high-resolution (R>80 000) spectroscopic survey has been used to derive these fundamental stellar parameters. We derived the radii using Stefan-Boltzmann's law. We obtained the required effective temperatures $T_{ m eff}$ from a spectral analysis and we obtained the required luminosities L from integrated broadband photometry together with the Gaia DR2 parallaxes. The mass was then determined using a mass-radius relation that we derived from eclipsing binaries known in the literature. We compared this method with three other methods: (1) We calculated the mass from the radius and the surface gravity log g, which was obtained from the same spectral analysis as $T_{ m eff}$. (2) We used a widely used infrared mass-magnitude relation. (3) We used a Bayesian approach to infer stellar parameters from the comparison of the absolute magnitudes and colors of our targets with evolutionary models. Between spectral types M0V and M7V our radii cover the range $0.1\,R_{ ormalsize\odot}

연구 동기 및 목표

• CARMENES에서 관찰된 근거리 M형 왜성의 크고 동질한 샘플에 대해 반지름과 질량을 결정한다.
• 여러 방법을 사용하여 반지름과 질량 결정의 정확도와 불확실성을 평가한다.
• 파생 파라미터를 대체 방법과 비교하여 특히 젊은 별들에서 체계적 차이를 식별한다.

제안 방법

• 루미넌시티와 유효온도로부터 항성 반지름을 얻기 위해 스테판-볼츠만 법칙을 사용한다.
• 고해상도 VIS 스펙트럼에 PHOENIX-ACES 합성 스펙트럼을 피팅해 유효온도를 도출한다.
• SED 적분(VOSA)을 통해 광대역 광도와 Gaia DR2 연주시차를 이용해 광도를 계산한다.
• 실증적 질량-반지름 관계를 사용해 질량을 얻고 다른 방법(radius+log g, 적외선 M–K 관계, 베이지안 모델 비교)와 비교한다.
• 다단계 워크플로우(luminosity, Teff, radius, mass)를 구성하고 개별 불확실성을 전파한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CARMENES 설문에서 293명의 근거리, 밝은 M형 왜성의 반지름과 질량은 얼마인가?
• RQ2 M형 왜성에 대해 서로 다른 질량·반지름 결정 방법은 어떻게 비교되며 불일치는 어디에서 나타나는가(예: 젊은 천체)?

주요 결과

• 반지름은 0.1에서 0.6 R_sun 범위이며 일반적인 불확실성은 2–3%다.
• 질량은 0.09에서 0.6 M_sun 범위이며 일반적인 불확실성은 3–5%다.
• 대부분의 대상에서 서로 다른 방법으로 얻은 질량 추정치가 잘 일치한다.
• 매우 젊은 천체에서 불일치가 나타나며 이는 방법의 가정들에 의해 설명된다.
• Gaia 연주시차와 광대역 광도로 결정된 광도는 일반적으로 상대 오차가 1–2%다.