[논문 리뷰] The CORALIE survey for southern extra-solar planets XV. Discovery of two eccentric planets orbiting HD4113 and HD156846

Omer Tamuz, D. Ségransan외 11명|arXiv (Cornell University)|2007. 10. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 44

한 줄 요약

이 논문은 라 실라 관측소에 있는 1.2m 유레르 망원경에 장착된 CORALIE 스펙트로그래프를 통해 도자리 HD 4113과 HD 156846에서의 도플러 속도 측정을 통해 두 개의 매우 높은 이심도를 가진 외계행성 HD 4113 b와 HD 156846 b를 발견했다. 두 행성은 각각 e ≈ 0.90과 0.85의 극도로 높은 이심도를 보이며, 먼 별 형성물이 있는 시스템에 속해 있어, 제3의 천체에 의해 유도된 코자이 진동이 이들의 높은 궤도 이심도의 가장 가능성이 높은 메커니즘이라고 제안된다.

ABSTRACT

We report the detection of two very eccentric planets orbiting HD4113 and HD156846 with the CORALIE Echelle spectrograph mounted on the 1.2-m Euler Swiss telescope at La Silla. The first planet, HD4113b, has minimum mass of $m\sin{i}=1.6\pm0.2 M_{ m Jup}$, a period of $P=526.59\pm0.21$ days and an eccentricity of $e=0.903\pm0.02$. It orbits a metal rich G5V star at $a=1.28$ AU which displays an additional radial velocity drift of 28 m s$^{-1}$/yr observed during 8 years. The combination of the radial-velocity data and the non-detection of any main sequence stellar companion in our high contrast images taken at the VLT with NACO/SDI, characterizes the companion as a probable brown dwarf or as a faint white dwarf. The second planet, \object{HD 156846 b}, has minimum mass of $m\sin{i}=10.45\pm0.05$ M$_{ m Jup}$, a period of $P=359.51\pm0.09 $ days, an eccentricity of $e=0.847\pm0.002$ and is located at $a=1.0$ AU from its parent star. HD156846 is a metal rich G0 dwarf and is also the primary of a wide binary system ($a>250$ AU, $P>4000$ years). Its stellar companion, \object{IDS 17147-1914 B}, is a M4 dwarf. The very high eccentricities of both planets can be explained by Kozai oscillations induced by the presence of a third object.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 도플러 속도 측정을 통해 남천의 금속성 높은 G형 항성 주위의 저질량 병행체를 탐지하고 특성화하는 것.
• 외계행성에서 관측된 극도의 궤도 이심도(특히 e = 0.8를 초과하는 경우)의 기원을 조사하는 것.
• 넓은 이중성 시스템에서 먼 별 형성물이 존재할 경우, 일부 외계행성에서 관측된 높은 이심도를 설명할 수 있는지 확인하는 것.
• 다중 천체 행성계에서 이심도 증폭의 원동력으로서 코자이 메커니즘의 타당성을 평가하는 것.
• 도플러 속도 이격과 고대비 이미징을 통해 추정되는 제3체 형성물의 성격을 제약하는 것.

제안 방법

• HD 4113과 HD 156846에 대해 각각 8년과 4.5년 동안 라 실라 관측소의 1.2m 유레르 스위스 망원경에 장착된 CORALIE 에클레 스펙트로그래프를 사용해 도플러 속도 측정을 수행했다.
• 도플러 속도 데이터에 케플러 운동모델을 적합시켜 궤도 해석을 도출하였으며, 주기(P), 반진경폭(K), 이심도(e), 근점의 이심도 각도(ω), 근점의 시기(T₀) 등의 파라미터를 포함했다.
• 외부 형성물의 질량과 궤도 파rameter를 바탕으로 Ford 등(2000)의 수식을 사용해 코자이 진동의 시간스케일을 추정했다.
• 일반 상대성 이론의 진동 시간스케일은 Holman 등(1997)의 공식을 사용해 계산하여 코자이 시간스케일과 비교했다.
• 고대비 이미징을 통해 VLT/NACO/SDI 장비를 사용해 별 형성물을 탐색하였으며, 검출되지 않은 결과를 바탕으로 외부 형성물의 성격을 제약했다.
• 고신호 대비비의 CORALIE 스펙트럼을 사용해 표준 스펙트로스코픽 분석 기법을 통해 표면 온도, 표면 중력, 금속성, 질량 등의 항성 파라미터를 유도했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 4113 b와 HD 156846 b에서 관측된 극도의 궤도 이심도(e > 0.8)의 원인은 무엇인가?
• RQ2 넓은 이중성 시스템에서 먼 별 형성물이 존재하는 것이 코자이 메커니즘을 통해 높은 이심도를 설명하는 데 충분한가?
• RQ3 이 두 시스템에서 코자이 진동 시간스케일이 일반 상대성 이론의 진동과 시스템 연령과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 도플러 속도 이격과 직접 탐측 불가능성에 기반해 HD 4113 및 HD 156846 시스템의 보이지 않는 제3체 형성물의 성격은 무엇인가?
• RQ5 관측된 이심도가 먼 형성물의 장기적 천체역학적 영향을 받는 서클러 편향에 의해 유도된 것과 일치하는가?

주요 결과

• HD 4113 b는 최소 질량 1.6 ± 0.2 M_Jup, 궤도 주기 526.59 ± 0.21일, 이심도 0.903 ± 0.02를 가지며, 알려진 외계행성 중에서 가장 이심도가 높은 편에 속한다.
• HD 156846 b는 최소 질량 10.45 ± 0.05 M_Jup, 주기 359.51 ± 0.09일, 이심도 0.8472 ± 0.0016을 가지며, 가장 이심도가 높은 외계행성 중 하나에 속한다.
• HD 4113의 코자이 진동 시간스케일은 6.2 × 10³년으로, 시스템 연령(4.8–8.0 Gyr)보다 훨씬 짧아 코자이 주기의 천체역학적 활성화를 시사한다.
• HD 156846의 코자이 시간스케일은 5.5 × 10⁶년으로, 시스템 연령(2.1–2.7 Gyr)보다 짧아 코자이 메커니즘의 타당성을 뒷받침한다.
• 일반 상대성 이론의 진동 시간스케일은 훨씬 길다(각각 HD 4113는 7.6 Gyr, HD 156846는 1.1 Gyr이므로), 이는 상대성 이론 효과가 코자이 진동을 억제하지 않는다는 것을 의미한다.
• HD 4113의 도플러 속도 이격은 27.8 ± 0.3 m s⁻¹ yr⁻¹이며, 고대비 이미징에서 주계열 별 형성물이 검출되지 않아 외부 형성물은 백색왜성 또는 브라운 왜성일 가능성이 높다.