[논문 리뷰] The CORALIE survey for southern extrasolar planets XVIII. Three new massive planets and two low mass brown dwarfs at separation larger than 5 AU

Emily Rickman, D. Ségransan외 37명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 48인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 CORALIE 및 HARPS 분광계를 사용한 장기적인 라디얼 속도 모니터링을 통해 다섯 개의 새로운 거대한 행성 및 브라운드워프 동반성을 발견했다. 궤도 주기가 15.6–40.4년이고 질량은 2.93–26.77 $M_{\text{Jup}}$ 사이인 이 물체들은 라디얼 속도로 탐지된 외계행성과 직접 영상으로 관측된 보조행성 사이의 갭을 메우며, 향후 영상 촬영과 대기 특성 분석에 이상적인 대상이다.

ABSTRACT

Context. Since 1998, a planet-search around main sequence stars within 50~pc in the southern hemisphere has been carried out with the CORALIE spectrograph at La Silla Observatory. Aims. With an observing time span of more than 20 years, the CORALIE survey is able to detect long term trends in data with masses and separations large enough to select ideal targets for direct imaging. Detecting these giant companion candidates will allow us to start bridging the gap between radial velocity detected exoplanets and directly imaged planets and brown dwarfs. Methods. Long-term precise Doppler measurements with the CORALIE spectrograph reveal radial velocity signatures of massive planetary companions and brown dwarfs on long-period orbits. Results. In this paper we report the discovery of new companions orbiting HD~181234, HD~13724, HD~25015, HD~92987 and HD~50499. We also report updated orbital parameters for HD~50499b, HD~92788b and HD~98649b. In addition, we confirm the recent detection of HD~92788c. The newly reported companions span a period range of 15.6 to 40.4 years and a mass domain of 2.93 to 26.77 $M_{\mathrm{Jup}}$, the latter of which straddles the nominal boundary between planets and brown dwarfs. Conclusion. We have reported the detection of five new companions and updated parameters of four known extrasolar planets. We identify at least some of these companions to be promising candidates for imaging and further characterisation.

연구 동기 및 목표

• 장기적인 라디얼 속도 모니터링을 통해 주변 남반구 주계열 항성에서 5 AU 이상의 거리에 있는 장주기 거대 행성과 브라운드워프를 탐지하기 위해.
• 라디얼 속도로 탐지된 동반성과 직접 영상으로 관측된 보조행성 사이의 갭을 메우며, 직접 영상에 적합한 고우선도 대상을 식별하기 위해.
• 확장된 기간 데이터를 활용해 이전에 알려진 장주기 동반성의 궤도 파rameter를 개선하기 위해.
• 5–50 AU 간격 범위를 잘 탐색하지 못한 영역을 조사함으로써 행성 형성 및 진화 모델을 제약하기 위해.
• 다중 미션 후속 관측이 가능한 잠재력을 지닌 대상들을 식별함으로써 향후 대기 회수 연구를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 스위스 1.2m 천체망원경에 장착된 CORALIE 분광계와 라 실라 관측소에 있는 ESO 3.6m 천체망원경에 장착된 HARPS를 사용해 장기적인 라디얼 속도 측정을 수행했다.
• 20년 이상의 라디얼 속도 데이터를 분석해 거대한 동반성의 장주기 궤도 신호를 탐지했다.
• 개별 정밀도가 3.5–6 ms⁻¹ 사이인 정밀 도플러 측정을 활용해 낮은 진폭의 신호를 탐지했다.
• 궤도 피팅 기법을 사용해 검출된 동반성의 최신 궤도 파rameter와 최소 질량을 유도했다.
• 직접 영상 가능성과 비교하여 고대비 및 큰 분리 거리를 가진 후보자를 식별했다.
• 공개 접근을 위한 DACE 플랫폼의 데이터를 활용해 라디얼 속도 측정값과 데이터 제품을 제공했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 20년 이상의 기간 동안 남반구 주계열 항성의 라디얼 속도 데이터에서 어떤 장주기 거대 동반성을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 이 동반성들의 궤도 파rameter와 질량은 기존의 외계행성 및 브라운드워프 집단과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 이 동반성들 중에서 궤도 분리 거리와 질량 기반으로 직접 영상에 적합한 후보자는 어떤 것인가?
• RQ4 장기적인 라디얼 속도 추세를 통해 영상으로만 탐지하기 어려운 보조행성 물체를 식별할 수 있는가?
• RQ5 ELT/METIS와 같은 향후 기구를 사용해 이 거대하고 넓은 궤도를 도는 동반성의 대기 특성 분석 잠재력은 무엇인가?

주요 결과

• HD 181234, HD 13724, HD 25015, HD 92987, HD 50499에 각각 궤도 주기가 15.6–40.4년 사이인 다섯 개의 새로운 거대 동반성이 발견되었으며, 이는 궤도 주기의 범위를 포함한다.
• 검출된 동반성의 최소 질량은 2.93–26.77 $M_{\text{Jup}}$ 사이이며, 가장 높은 질량는 행성과 브라운드워프의 경계선에 걸쳐 있다.
• HD 50499b, HD 92788b, HD 98649b에 대한 최신 궤도 파rameter가 보고되었으며, 이는 궤도 해법의 정밀도를 향상시켰다.
• 최근에 HD 92788c가 검출된 것이 확인되었으며, 이는 장기적인 RV 모니터링이 넓은 궤도 동반성을 탐지하는 데 신뢰할 수 있음을 강화한다.
• 새로운 동반성들은 5–50 AU의 핵심 분리 범위를 포함하며, RV로 탐지된 보조행성과 직접 영상으로 관측된 보조행성 사이의 중요한 관측 갭을 메운다.
• 이 시스템들은 VLT/SPHERE 및 ELT/METIS와 같은 기구를 사용한 향후 직접 영상 캠페인의 핵심 대상으로 식별되었으며, 대기 회수 연구를 가능하게 한다.