[논문 리뷰] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. First visual-channel radial-velocity measurements and orbital parameter updates of seven M-dwarf planetary systems

Trifon Trifonov, M. Kürster외 167명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 77인용 수 61

한 줄 요약

이 논문은 HELM: 첫 번째 광학 도플러 속도(CARMENES)로 seven M- dwarf 행성 주인을 대상으로 한 광학 RV 측정을 제시하고, 궤도 파라미터를 업데이트하며 CARMENES 성능을 HARPS 및 HIRES와 비교하여 대부분의 시스템에서 행성을 확인하고 GJ15 A와 GJ1148에서 새로운 신호를 드러냅니다.

ABSTRACT

Context: The main goal of the CARMENES survey is to find Earth-mass planets around nearby M-dwarf stars. Seven M-dwarfs included in the CARMENES sample had been observed before with HIRES and HARPS and either were reported to have one short period planetary companion (GJ15A, GJ176, GJ436, GJ536 and GJ1148) or are multiple planetary systems (GJ581 and GJ876). Aims: We aim to report new precise optical radial velocity measurements for these planet hosts and test the overall capabilities of CARMENES. Methods: We combined our CARMENES precise Doppler measurements with those available from HIRES and HARPS and derived new orbital parameters for the systems. Bona-fide single planet systems are fitted with a Keplerian model. The multiple planet systems were analyzed using a self-consistent dynamical model and their best fit orbits were tested for long-term stability. Results: We confirm or provide supportive arguments for planets around all the investigated stars except for GJ15A, for which we find that the post-discovery HIRES data and our CARMENES data do not show a signal at 11.4 days. Although we cannot confirm the super-Earth planet GJ15Ab, we show evidence for a possible long-period ($P_{ m c}$ = 7025$_{-629}^{+972}$ d) Saturn-mass ($m_{ m c} \sin i$ = 51.8$_{-5.8}^{+5.5}M_\oplus$) planet around GJ15A. In addition, based on our CARMENES and HIRES data we discover a second planet around GJ1148, for which we estimate a period $P_{ m c}$ = 532.6$_{-2.5}^{+4.1}$ d, eccentricity $e_{ m c}$ = 0.34$_{-0.06}^{+0.05}$ and minimum mass $m_{ m c} \sin i$ = 68.1$_{-2.2}^{+4.9}M_\oplus$. Conclusions: The CARMENES optical radial velocities have similar precision and overall scatter when compared to the Doppler measurements conducted with HARPS and HIRES. We conclude that CARMENES is an instrument that is up to the challenge of discovering rocky planets around low-mass stars.

연구 동기 및 목표

• 가까운 M- dwarfs 주변에서 지구 질량 행성 탐색을 정밀한 광학 RV로 동기 부여한다.
• seven known planet-hosting M dwarfs에 대해 CARMENES의 새로운 정밀 광학 RV 측정을 제공한다.
• CARMENES 데이터를 HIRES 및 HARPS와 결합하여 궤도 파라미터를 정제하고 행성 신호를 검사한다.
• CARMENES RV 성능을 HARPS 및 HIRES와 비교하고 저질량 별 주위의 암석 행성 발견 가능성을 입증한다.

제안 방법

• CARMENES VIS 채널(R = 94,600)로 정밀 광학 방사속도(RV)를 수집하고 SERVAL 파이프라인으로 RV를 도출한다.
• CARMENES RV를 보관 아카이브 HIRES 및 HARPS 데이터와 결합하되 지터 모델링을 적용하지 않고, 알 수 없는 노이즈를 RV 산란으로 다룬다.
• GLS (Generalized Lomb-Scargle) 주기도분석을 사용하여 유의한 주기 신호를 식별하고 부트스트랩으로 FAP 수준을 추정한다.
• 실제 단일 행성 시스템은 Keplerian 피팅으로 모델링하고, 다중 행성 시스템은 Jacobi 좌표에서 자기 일관적 N-바이올 다이나믹스로 모델링한다.
• CARMENES RV에 야간 제로 포인트 NZP 보정을 적용하여 기기 시스템atics를 완화하고 결합 적합도를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CARMENES 광학 RV 측정이 HIRES 및 HARPS 데이터와 결합될 때 일곱 M-dwarf 호스트 주변의 이전에 보고된 행성을 확인하거나 반박할 수 있는가?
• RQ2 단일 행성 Keplerian 및 다중 행성 N-body 모델링 프레임워크에서 이러한 시스템의 업데이트된 궤도 파라미터는 무엇인가?
• RQ3 이 대상들에 대해 CARMENES VIS RV의 정밀도와 산란은 HARPS 및 HIRES와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 결합 데이터 세트에 의해 새로운 행성 신호가 밝혀지는가, 그리고 그것들이 동적 안정성을 가지는가?

주요 결과

• CARMENES 광학 RV는 이들 별에 대해 HARPS 및 HIRES와 비슷한 정밀도와 산란을 보여준다.
• GJ 15 A: 11.4일 신호는 재현되지 않으며, 이전에 주장된 Ab 대신 장주기 토성 질량 동반천체(P ≈ 7030 days, m sin i ≈ 51.8 M⊕)가 시사된다.
• GJ 1148: 두 번째 행성(GJ 1148 c)이 발견되었으며 P ≈ 532.6 days, e ≈ 0.342, m sin i ≈ 68.1 M⊕이다.
• GJ 15 A, GJ 176, GJ 436, GJ 536, GJ 581, 및 GJ 876: 결합 데이터가 이들 별 주위의 행성 존재를 확인하거나 강하게 지지하며 궤도 파라미터가 정제된다.
• NZP 보정으로 7개 시스템의 시계열 RMS가 평균적으로 약 25% 감소하여 야간 제로 포인트 보정의 유용성을 보여준다.
• 본 논문은 CARMENES가 HARPS/HIRES 데이터와 결합될 때 저질량 별 주변의 암석 행성 발견 및 특성화에 기여할 수 있음을 입증한다.