[논문 리뷰] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXII. Only 4 planets in the Gl~581 system

T. Forveille, X. Bonfıls외 15명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 ESO의 3.6m 망원경에 장착된 HARPS 기구의 반직경 속도 데이터를 재분석하여 Gl 581 시스템 내에서 제안된 두 개의 초지구형 행성(Gl 581f 및 Gl 581g)의 존재를 재평가한다. 이전의 119개 측정값에 121개의 새로운 측정값을 추가한 결과, 이러한 행성의 존재를 지지하는 유의미한 신호는 발견되지 않았으며, Vogt 등(2010)이 보고한 파arameters로는 이들이 존재할 가능성이 낮다고 결론을 내린다. 또한 내부 행성 Gl 581e의 전행 가능성을 높은 신뢰도로 배제한다.

ABSTRACT

The Gl 581 planetary system has generated wide interest, because its 4 planets include both the lowest mass planet known around a main sequence star other than the Sun and the first super-Earth planet in the habitable zone of its star. A recent paper announced the possible discovery of two additional super-Earth planets in that system, one of which would be in the middle of the habitable zone of Gl 581. The statistical significance of those two discoveries has, however, been questioned. We have obtained 121 new radial velocity measurements of Gl 581 with the HARPS spectrograph on the ESO 3.6 m telescope, and analyse those together with our previous 119 measurements of that star to examine these potential additional planets. We find that neither is likely to exist with their proposed parameters. We also obtained photometric observations with the 2.5 m Isaac Newton Telescope during a potential transit of the inner planet, Gl 581e, which had a 5% geometric transit probability. Those observations exclude transits for planet densities under 4 times the Earth density within -0.2 sigma to +2.7 sigma of the predicted transit center.

연구 동기 및 목표

• Gl 581 행성계 내에서 제안된 두 개의 초지구형 행성(Gl 581f 및 Gl 581g)의 통계적 유의성을 시험한다.
• 기존 네 개의 행성(b, c, d, e)의 반직경 속도 잔차가 Gl 581f 및 Gl 581g의 주기에서 일관된 신호를 포함하고 있는지 평가한다.
• Isaac Newton 망원경에서 확보한 고정밀 광도 관측 자료를 이용해 Gl 581e의 전행 가능성을 평가한다.
• Gl 581 시스템 내 네 개의 확정된 행성의 궤도 파arameters와 최소 질량을 정밀화한다.
• 관측된 반직경 속도 잔차가 노이즈와 일관된지, 또는 추가적인 행성 신호가 필요로 하는지 확인한다.

제안 방법

• La Silla 관측소에 위치한 ESO 3.6m 망원경의 HARPS 분광기로 Gl 581에 대한 121개의 새로운 고정밀 반직경 속도 측정값을 확보하였다.
• Mayor 등(2009)이 이전에 발표한 119개의 반직경 속도 데이터 포인트와 이 새로운 측정값을 융합하였다.
• Gl 581b, c, d, e의 궤도 파arameters와 최소 질량을 정밀화하기 위해 복수 행성 모델을 융합된 반직경 속도 데이터에 적합시켰다.
• 네 개의 행성 모델에 기반한 잔차 분석을 통해 Gl 581f(433일) 및 Gl 581g(33일)의 제안된 주기에서 일관된 신호가 존재하는지 테스트하였다.
• Gl 581f 및 Gl 581g와 동일한 파arameters를 가진 행성의 탐지 가능성을 평가하기 위해 주기도 분석을 실시하였으며, 진단 감도를 확인하기 위해 위상 이동 테스트도 수행하였다.
• 2.5m Isaac Newton 망원경을 이용해 Gl 581e의 예상 전행 창구 동안의 광도 모니터링을 실시하였으며, 0.08%의 루트 평균 제곱 오차 정밀도를 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gl 581 시스템의 반직경 속도 잔차에 Gl 581f가 주장한 433일 주기에서 일관된 신호가 존재하는가?
• RQ2 반직경 속도 데이터에 Gl 581g이 제안한 33일 주기에서 유의미한 신호가 존재하는가?
• RQ3 관측된 반직경 속도 잔차는 노이즈로 완전히 설명될 수 있는가, 아니면 추가적인 행성 신호가 필요하는가?
• RQ4 광도 관측 자료에 기반해 내부 행성 Gl 581e가 그 주변 항성의 앞을 지나갈 가능성이 있는가?
• RQ5 가용한 광도 자료로 Gl 581e의 전행 깊이를 어느 정도까지 배제할 수 있는가?

주요 결과

• 네 개의 행성 모델에 기반한 반직경 속도 잔차는 Gl 581f(433일) 또는 Gl 581g(33일)의 주기에서 일관된 신호를 보이지 않으며, 이 주기에서 1.2 m/s의 신호에 대한 증거도 없다.
• Vogt 등(2010)이 보고한 정확한 파arameters를 가진 행성을 추가할 경우 잔차의 자유도 조정된 카이제곱 값이 75% 증가하여 피팅이 열악하다는 것을 시사한다.
• Gl 581f 및 Gl 581g 주기에서 자유도가 있는 진폭과 위상을 갖는 두 개의 추가 행성에 대해 피팅을 실시한 결과, 유도된 진폭은 각각 16 cm/s와 40 cm/s에 불과하여 기대되는 1.2 m/s 진폭과 훨씬 낮은 수준이다.
• 광도 관측 자료는 예상 전행 중심으로부터 -20분에서 +210분 사이에 0.06%보다 깊은 전행을 배제한다. 이는 지구 밀도의 최소 4.4배의 밀도를 의미한다.
• Gl 581d의 재정의된 최소 질량은 이제 6 M⊕로, 암석성 구성이 더 가능성이 높아지고, 생명 가능성도 향상된다.
• 이 시스템에는 확실히 네 개의 행성만 존재하며, Gl 581f 및 Gl 581g의 존재는 데이터로는 지지되지 않는다.