[논문 리뷰] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: High-resolution optical and near-infrared spectroscopy of 324 survey stars

A. Reiners, M. Zechmeister외 171명|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|2017. 11. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 86인용 수 105

한 줄 요약

본 논문은 324개의 M-형 왜소성 표본으로 구성된 CARMENES M-dwarf 설계 표본을 제시하고, 고해상도 광학/NIR 스펙트럼을 제공하며, RV, 회전, 활성도를 분석하여 파장에 따른 RV 정밀도를 평가한다.

ABSTRACT

The CARMENES radial velocity (RV) survey is observing 324 M dwarfs to search for any orbiting planets. In this paper, we present the survey sample by publishing one CARMENES spectrum for each M dwarf. These spectra cover the wavelength range 520--1710nm at a resolution of at least $R > 80,000$, and we measure its RV, H$α$ emission, and projected rotation velocity. We present an atlas of high-resolution M-dwarf spectra and compare the spectra to atmospheric models. To quantify the RV precision that can be achieved in low-mass stars over the CARMENES wavelength range, we analyze our empirical information on the RV precision from more than 6500 observations. We compare our high-resolution M-dwarf spectra to atmospheric models where we determine the spectroscopic RV information content, $Q$, and signal-to-noise ratio. We find that for all M-type dwarfs, the highest RV precision can be reached in the wavelength range 700--900nm. Observations at longer wavelengths are equally precise only at the very latest spectral types (M8 and M9). We demonstrate that in this spectroscopic range, the large amount of absorption features compensates for the intrinsic faintness of an M7 star. To reach an RV precision of 1ms$^{-1}$ in very low mass M dwarfs at longer wavelengths likely requires the use of a 10m class telescope. For spectral types M6 and earlier, the combination of a red visual and a near-infrared spectrograph is ideal to search for low-mass planets and to distinguish between planets and stellar variability. At a 4m class telescope, an instrument like CARMENES has the potential to push the RV precision well below the typical jitter level of 3-4ms$^{-1}$.

연구 동기 및 목표

• CARMENES GTO 샘플인 324개의 M-형 왜소성 별을 소개하고 각 별마다 하나의 고해상도 스펙트럼을 공개한다.
• 520–1710 nm에 걸친 고해상도 M-dwarf 스펙트럼의 아틀라스를 제공하고 대기 모델과 비교한다.
• M-dwarf에 대한 파장 의존적으로 RV 정밀도와 정보 내용을 정량화한다.
• 별의 회전(v sin i)와 H-alpha 활성도를 측정하여 활성화 RV 진동(activity-related RV jitter)을 연구한다.
• 절대 RV를 Gaia RV 표준에 맞춰 보정하고, 저질량 항성 주변에서의 행성 탐색을 위한 기반을 마련한다.

제안 방법

• CARMENES VIS(R~94,600, 520–960 nm)와 NIR(R~80,400, 960–1710 nm)로 관측.
• 최적 추출 데이터 감소 및 주문별 교차상관을 통해 RV와 v sin i를 도출한다.
• 각 별의 스펙트럼을 합성(co-addition)하여 높은 S/N를 달성하고 템플릿 참조에 대한 평균 RV를 계산한다.
• RV 정보 내용(Q)와 파장에 따른 광학적 RV 정밀도에 대한 경험적 평가.
• Gaia RV 표준별(Soubiran et al. 2013)에 연결하여 절대 RV 보정.
• 관측 스펙트럼을 PHOENIX 대기 모델과 비교하여 선 목록 및 분자 특징을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CARMENES에 의한 M-dwarf의 RV 정보 내용의 파장 의존성 및 달성 가능한 RV 정밀도는 어느가?
• RQ2 다양한 M-dwarf 하위유형(M0–M9)에 대해 어떤 파장 범위가 가장 많은 RV 정보를 제공하는가?
• RQ3 활성화(H-alpha)와 회전(v sin i)이 VIS 및 NIR 채널의 RV 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 현재의 대기 모델이 520–1710 nm에 걸친 고해상도 M-dwarf 스펙트럼을 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• 모든 M형에서 700–900 nm 범위에서 가장 높은 RV 정밀도를 달성한다.
• 더 긴 파장에서의 RV 정밀도는 최신 스펙트ral 유형(M8–M9)에서만 비교적 유사하다.
• 매우 말단의 M-dwarf에서 더 긴 파장에서 1 m s−1의 RV 정밀도를 달성하려면 10 m급 망원이 필요하다.
• 4 m급 망원에서 CARMENES와 같은 계측기는 일반적인 진동 3–4 m s−1 이하의 RV 정밀도를 충분히 넘어서 달성될 수 있다.
• 324개 중 75개星은 유의한 회전 확장(v sin i > 2 km s−1)과 H-alpha 방출과의 활성 상관성을 보인다.
• 절대 RV는 Gaia RV 표준에 보정되며, 공유 대상에 대해 문헌 값과 ~100 m s−1 이내의 일치를 보인다.
• 이 설문은 고해상도 M-dwarf 스펙트럼의 아틀라스를 제공하고 각 별에 대해 하나의 스펙트럼을 커뮤니티 사용을 위해 공개한다.