[논문 리뷰] The HARPS search for southern extra-solar planets: XXVI: Seven new planetary systems

C. Moutou, M. Mayor외 11명|arXiv (Cornell University)|2010. 12. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 39인용 수 32

한 줄 요약

이 논문은 ESO 3.6m 망원경에 장착된 HARPS 장비를 이용한 도약 속도 측정을 통해 일곱 개인 새로운 외계 행성계의 발견을 보고한다. 질량이 0.3에서 29 M_Jup 사이이고 궤도 주기가 0.7에서 10년 사이인 거대 행성을 보고하며, 주로 금속 농도가 낮은 별 주위에서 발견되었고, 이전에 행성 신호로 잘못 분류된 두 시스템에서 별 활동 주기 또한 확인하였다.

ABSTRACT

We are conducting a planet search survey with HARPS since seven years. The volume-limited stellar sample includes all F2 to M0 main-sequence stars within 57.5 pc, where extrasolar planetary signatures are systematically searched for with the radial-velocity technics. In this paper, we report the discovery of new substellar companions of seven main-sequence stars and one giant star, detected through multiple Doppler measurements with the instrument HARPS installed on the ESO 3.6m telescope, La Silla, Chile. These extrasolar planets orbit the stars HD 1690, HD 25171, HD 33473A, HD 89839, HD 113538, HD 167677 and HD 217686. The already-published giant planet around HD 72659 is also analysed here, and its elements are better determined by the addition of HARPS and Keck data. The other discoveries are giant planets in distant orbits, ranging from 0.3 to 29 MJup, in mass and between 0.7 and 10 years in orbital period. The low metallicity of most of these new planet-hosting stars reinforces the current trend for long-distance planets around metal-poor stars. Long-term radial-velocity surveys allow probing the outskirts of extrasolar planetary systems, although confidence in the solution may be low until more than one orbital period is fully covered by the observations. For many systems discussed in this paper, longer baselines are necessary to refine the radial-velocity fit and derive planetary parameters. The radial-velocity time series of stars BD -114672 and HIP 21934 are also analysed and their behaviour interpreted in terms of the activity cycle of the star, rather than long-period planetary companions.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 도약 속도 측정을 통해 새로운 태양계 외 행성계를 식별하고 특성화하기 위해 HARPS 장비에서 확보한 데이터를 활용한다.
• 57.5 pc 이내의 부피 제한 샘플 내 금속 농도가 낮은 별 주위에 장기 주기의 거대 행성이 얼마나 자주 발생하는지 조사한다.
• 도약 속도 시간 시리즈에서 행성 신호와 별 자기 활동 주기 사이를 구분한다.
• 이미 알려진 시스템에 대해 HARPS와 Keck 데이터를 융합하여 궤도 파rameter를 개선한다.
• 특히 장기 주기의 행성에 대해 궤도 커버리지가 불완전할 경우 도약 속도 해석의 신뢰성을 평가한다.

제안 방법

• 57.5 pc 이내의 F2에서 M0 주계열 별 11개에 대해 HARPS 스펙트로그래프를 이용해 도약 속도 측정을 수행하였다.
• MOOG 코드와 Kurucz 모델 대기로 Fe I 및 Fe II 선의 등가폭을 사용하여 스펙트럼 분석을 수행하여 별의 물리적 파rameter(T_eff, log g, [Fe/H])를 유도하였다.
• 이론적 진화 궤적과 베이지안 분석을 적용하여 빛의 세기와 효율 온도를 기반으로 별의 질량, 반지름, 연령을 추정하였다.
• 교차상관함수의 너비와 대trast를 통해 투사된 회전 속도를 측정하였고, log R′_HK를 통해 활동 수준을 평가하였다.
• 행성 보조체를 탐지하기 위해 도약 속도 시간 시리즈에 케플러 궤도 모델을 적합시켰으며, 잔차와 감소된 카이제곱을 평가하여 모델의 품질을 점검하였다.
• 장기적 추세와 이격을 평가하여 행성 신호와 별 자기 활동 주기 사이를 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 57.5 pc 이내의 근접한 F2에서 M0 주계열 별에 대한 HARPS 도약 속도 조사에서 어떤 행성계를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 최근에 발견된 행성의 궤도 파rameter와 질량은 별의 금속 농도와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 궤도 커버리지가 불완전할 경우 장기 주기의 행성 신호를 얼마나 신뢰성 있게 탐지할 수 있는가?
• RQ4 장기 주기의 도약 속도 변동은 장기 주기의 행성 때문이 아니라 별 활동 주기로 설명될 수 있는가?
• RQ5 HARPS와 Keck 데이터를 융합하면 기존에 알려진 행성 HD 72659 b의 궤도 해석이 어떻게 향상되는가?

주요 결과

• 일곱 개인 새로운 행성계가 발견되었으며, 각각 HD 1690 b, HD 25171 b, HD 33473A b, HD 89839 b, HD 113538 b 및 c, HD 167677 b, HD 217786 b로, 질량은 모두 0.3에서 29 M_Jup 사이였다.
• 신규로 발견된 행성의 궤도 주기는 HD 113538 b의 0.7년에서 HD 217786 b의 10년 사이였으며, HD 167677 b는 1814일의 주기를 가졌다.
• HARPS와 Keck 데이터를 융합하여 HD 72659 b의 도약 속도 해석을 개선했으며, 감소된 카이제곱 1.6과 잔차 노이즈 29 m/s를 기록한 보다 정확한 궤도 해석을 도출하였다.
• HD 113538은 두 개의 행성으로 구성된 시스템으로 확인되었으며, 궤도 주기는 각각 263.3일(b)과 1657일(c)이었고, 질량은 각각 0.27 M_Jup와 0.71 M_Jup였다.
• BD -114672와 HIP 21934의 도약 속도 변동은 행성 보조체가 아니라 별 활동 주기로 가장 잘 설명되었으며, 각각의 log R′_HK 값은 -4.99와 -4.86이었다.
• 이 시스템들은 금속 농도가 낮은 별 주위에 장기 주기의 행성이 존재하는 경향을 보였으며, [Fe/H] 값은 -0.29에서 +0.025 사이였으며, 저금속 환경에서의 행성 형성 이론을 지지하는 결과를 제공하였다.