[논문 리뷰] The CORALIE survey for southern extrasolar planets XVII. New and updated long period and massive planets

M. Marmier, D. Ségransan외 25명|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|2012. 11. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 35인용 수 33

한 줄 요약

이 논문은 CORALIE 및 HARPS 분광계를 사용한 장기적 수성 속도 모니터링을 통해 2200–5500일 주기, 1–10.5 MJup 질량을 가진 일곱 개의 새로운 장주기·대량 외계행성의 발견을 보고한다. 다섯 개의 행성에서 고도의 타원도(>0.57)를 관측하여 다중 시스템에서 코자이 메커니즘의 영향을 시사하지만, 나머지 세 개의 행성에 대해서는 타원도의 기원이 명확하지 않으며, 이는 얼음선을 초월한 행성 형성 및 이동 모델에 중요한 데이터를 기여한다.

ABSTRACT

Since 1998, a planet-search program around main sequence stars within 50 pc in the southern hemisphere, is carried out with the CORALIE echelle spectrograph at La Silla Observatory. With an observing time span of more than 14 years, the CORALIE survey is now able to unveil Jovian planets on Jupiter's period domain. This growing period-interval coverage is important regarding to formation and migration models since observational constraints are still weak for periods beyond the ice line. Long-term precise Doppler measurements with the CORALIE echelle spectrograph, together with a few additional observations made with the HARPS spectrograph on the ESO 3.6m telescope, reveal radial velocity signatures of massive planetary companions in long period orbits. In this paper we present seven new planets orbiting HD27631, HD98649, HD106515A, HD166724, HD196067, HD219077, and HD220689 together with the CORALIE orbital parameters for three already known planets around HD10647, HD30562, and HD86226. The period range of the new planetary companions goes from 2200 to 5500 days and covers a mass domain between 1 and 10.5 MJup. Surprisingly, five of them present quite high eccentricities above e>0.57. A pumping scenario by Kozai mechanism may be invoked for HD106515Ab and HD196067b which are both orbiting stars in multiple systems. As the presence of a third massive body can't be inferred from the data of HD98649b, HD166724b, and HD219077b, the origin of the eccentricity of these systems remains unknown. Except for HD10647b, no constraint on the upper mass of the planets is provided by Hipparcos astrometric data. Finally it is interesting to note that the hosts of these long period planets show no metallicity excess.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 수성 속도 측정을 통해 남반천의 장주기·대량 외계행성을 탐지하기 위해.
• 업데이트된 데이터를 사용하여 이전에 알려진 세 개의 행성(HD 10647b, HD 30562b, HD 86226b)의 궤도 파rameter 추정치를 향상시키기 위해.
• 장주기 기체 거대행성의 고도의 궤도 타원도 기원을 조사하기 위해, 특히 다중 항성 시스템에서의 기원을 중심으로.
• 은하 금속성과 천체역학적 상호작용이 4 AU를 초월한 영역에서의 거대행성 형성 및 진화에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 외부 행성계 영역에서의 행성 형성 및 이동 모델에 관측적 제약 조건을 기여하기 위해.

제안 방법

• La Silla 관측소의 1.2m 스위스 망원경에 장착된 CORALIE 에클레 스펙트로그래프를 사용한 장기적 수성 속도 모니터링이며, ESO 3.6m 망원경에 장착된 HARPS 데이터도 추가로 활용.
• 장기 정밀도가 10 ms⁻¹ 이내인 90%의 대상 및 '조용한' 별 서브샘플에 대해 6 ms⁻¹ 이내의 정밀도를 확보한 정밀 도플러 측정을 통한 데이터 분석.
• 기존 시스템의 업데이트된 시계열 데이터를 통합한 수성 속도 곡선 모델링을 통한 궤도 피팅 및 파rameter 추정.
• 특히 HD 106515Ab 및 HD 196067b와 같이 다중 시스템의 별을 공전하는 행성에서 고도의 타원도를 설명하기 위해 코자이 메커니즘 적용.
• 단일 시스템과 다중 시스템 간의 타원도 및 금속성 분포를 비교하기 위해 콜모고로프-스미르노프 검정을 사용하여 유의미성 평가.
• 아스트로메트릭 제약 조건은 히파르코스 데이터를 활용하여 상한 질량 한계를 평가하였지만, 대부분의 시스템에 대해 유의미한 제약 조건은 발견되지 않았다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 발견된 장주기 외계행성 다섯 개에서 관측된 고도의 궤도 타원도(>0.57)의 원인은 무엇인가?
• RQ2 코자이 메커니즘이 HD 106515A 및 HD 196067와 같이 다중 항성계의 별을 공전하는 행성에서 고도의 타원도를 설명할 수 있는가?
• RQ3 HD 98649b, HD 166724b, HD 219077b의 세 행성은 제3의 거대한 천체에 대한 증거가 없음에도 불구하고 고도의 타원도를 나타내는데, 그 이유는 무엇인가?
• RQ4 은하 금속성과 4 AU를 초월한 영역에서의 거대행성 발생 빈도 사이에 상관관계가 있는가, 특히 다중 시스템에서?
• RQ5 장주기 행성의 탐지 편향이 1–4 AU 및 >4 AU 영역에서 관측된 타원도 분포에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 2200–5500일 주기, 질량 1–10.5 MJup 범위의 일곱 개의 새로운 거대행성이 발견되었다.
• 새로운 행성 다섯 개가 0.57를 초월하는 궤도 타원도를 보이며 강력한 천체역학적 영향을 시사한다.
• HD 106515Ab 및 HD 196067b의 경우, 주변 항성이 40 AU 이상의 반장축을 가진 넓은 이중항성계에 속해 있어 코자이 메커니즘이 타당한 설명이 된다.
• HD 98649b, HD 166724b, HD 219077b에서 고도의 타원도 기원은 여전히 설명되지 않으며, 수성 속도 데이터에서 제3의 거대한 천체가 검출되지 않았다.
• 새로운 행성의 주변 항성에서 금속성 초과는 발견되지 않았지만, 다중 시스템에서 4 AU를 초월한 영역에서 금속성 농도가 높은 별 주변에서 기체 거대행성의 발생 빈도가 높아지는 경향은 여전히 유지된다.
• HD 86226b의 정밀 궤도는 이전 추정치에 비해 타원도가 크게 감소(0.73에서 0.15로)하고 주기가 더 길어져, 데이터 품질 향상과 모델링 개선을 시사한다.