[논문 리뷰] The CORALIE survey for southern extrasolar planets. XVI. Discovery of a planetary system around HD 147018 and of two long period and massive planets orbiting HD 171238 and HD 204313

D. Ségransan, S. Udry외 13명|Infoscience (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)|2009. 08. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 17인용 수 43

한 줄 요약

이 논문은 치르의 1.2m 유레르 망원경에 장착된 코랄리 스펙트로그래프를 통해 획득한 도플러 속도 측정을 통해 HD 147018 주위에 이중 행 星계를, 그리고 HD 171238과 HD 204313 주위에 추가적인 장주기·질량이 큰 외계행성 두 개를 발견했다. 주요 결과는 두 개의 다중행성계와 두 개의 장주기 행성으로 구성된 네 개의 질량이 큰 행성의 탐지로, 이는 항성의 금속성과 질량이 큰 행성 형성 간의 상관관계를 더욱 뒷받침한다.

ABSTRACT

We report the detection of a double planetary system around HD 140718 as well as the discovery of two long period and massive planets orbiting HD 171238 and HD 204313. Those discoveries were made with the CORALIE Echelle spectrograph mounted on the 1.2-m Euler Swiss telescope located at La Silla Observatory, Chile. The planetary system orbiting the nearby G9 dwarf HD 147018 is composed of an eccentric inner planet (e=0.47) with twice the mass of Jupiter (2.1 MJup ) and with an orbital period of 44.24 days. The outer planet is even more massive (6.6 MJup) with a slightly eccentric orbit (e=0.13) and a period of 1008 days. The planet orbiting HD 171238 has a minimum mass of 2.6 MJup, a period of 1523 days and an eccentricity of 0.40. It orbits a G8 dwarfs at 2.5 AU. The last planet, HD 204313 b, is a 4.0 MJup -planet with a period of 5.3 years and has a low eccentricity (e = 0.13). It orbits a G5 dwarfs at 3.1 AU. The three parent stars are metal rich, which further strengthened the case that massive planets tend to form around metal rich stars.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 라디안 속도 측정을 이용해 남반구의 저질량 및 질량이 큰 외계행성을 탐지하고 특성화하기.
• 금속성 높은 별 주위의 장주기 및 질량이 큰 행성의 궤도 구조와 물리적 성질을 조사하기.
• 특히 질량이 큰 행성의 분포와 백색왜성 공허 현상에 대한 통계적 이해에 기여하기.
• 주변 항성의 물리적 성질을 체계적으로 분석함으로써 항성의 금속성이 질량이 큰 행성 형성에 미치는 영향을 평가하기.
• 최근 발견된 행성들의 정확한 궤도 해법을 제공하고, 천체역학적 안정성 및 다중성 여부를 평가하기.

제안 방법

• 라디안 속도 측정은 치르의 1.2m 유레르 망원경에 장착된 코랄리 에클레 스펙트로그래프를 통해 수행되었다.
• 스펙트로스코픽 분석과 이론적 이소클론 모델을 사용한 베이지안 추정을 통해 PARAM 1.0 웹 도구를 활용하여 표면 온도, 금속성, 질량, 반지름, 연령 등의 항성 파라미터를 유도하였다.
• 라디안 속도 데이터에 케플러 운동법 모델을 적합시켜 궤도 해법을 계산하였으며, 이는 이심률과 궤도 주기를 고려하여 수행되었다.
• 최소 행성 질량은 공식 $ m_p \sin i = \frac{K P^{1/3}}{2 \pi G^{1/3}} $ 를 사용하여 라디안 속도 반폭($ K $)과 궤도 주기($ P $)로부터 유도되었다.
• 진짜 질량과 행성 및 백색왜성 간의 구분을 위해 천체측위 측정 제약 조건을 논의에 포함시켰다.
• 백색왜성 공허 현상 평가를 위해 비모수적 커널 밀도 추정을 사용하여 행성 질량 분포의 통계 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 147018, HD 171238, HD 204313 주위에 새로 발견된 행성들의 궤도 파라미터와 최소 질량는 무엇인가?
• RQ2 주변 항성의 금속성과 질량이 크고 장주기인 행성의 존재 간 상관관계는 어떠한가?
• RQ3 질량이 2 M_Jup 이상이고 궤도 간격이 6 AU 이내인 행성들의 질량 분포 형태는 어떠한가?
• RQ4 관측된 행성계는 백색왜성 공허 가설을 얼마나 도전하거나 지지하는가?
• RQ5 미래의 천체측위 임무인 GAIA와 PRIMA의 측정 결과는 질량이 큰 행성 후보의 진짜 질량을 어떻게 해결하는 데 기여하는가?

주요 결과

• HD 147018 주위에 이중 행성계가 발견되었다: HD 147018 b는 최소 질량 2.12 M_Jup, 궤도 주기 44.24일, 이심률 0.46을 가진다.
• HD 147018 c는 더 질량이 큰 행성으로 최소 질량 6.56 M_Jup, 궤도 주기 1008일, 이심률 0.13을 가진다.
• HD 171238 b는 최소 질량 2.60 M_Jup, 궤도 주기 1523일(4.14년), 이심률 0.40을 가진 질량이 큰 행성이다.
• HD 204313 b는 4.05 M_Jup의 질량을 지닌 행성으로, 5.28년의 궤도 주기와 낮은 이심률(e = 0.13)을 가지며 3.08 AU 거리에서 궤도를 돈다.
• 모든 세 개의 주변 항성(HD 147018, HD 171238, HD 204313)은 금속성이 높으며, [Fe/H] 값이 각각 0.10, 0.07, 0.05로, 금속성-행성 형성 연관성에 대한 강력한 지지를 제공한다.
• 질량이 큰 행성(m_p sin i > 2 M_Jup)의 관측된 질량 분포는 25 M_Jup까지 명확한 절단점 없이 거듭제곱 법칙에 따라 감소하며, 6 AU 이내에서 매우 건조한 백색왜성 공허 현상이 있음을 시사한다.