[논문 리뷰] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXVI: Five new long-period giant planets and a system update

C. Moutou, G. Lo Curto외 11명|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 ESO 3.6m 망원경에 장착된 HARPS 분광계에서 수집한 도약 속도 측정값을 사용하여 다섯 개의 새로운 장주기 거성계 외계 행성과 기존에 알려진 두 시스템의 정밀 분석을 제시한다. 주요 기여는 궤도 주기가 4.56일에서 1684일 사이인 행성의 탐지로, 활성성이 높은 별 HD 103720의 주위에 있는 핫-자두 행성과 함께 HD 113538 및 BD-114672 행성의 궤도 매개변수 개선을 포함하며, 저소음 환경에서의 항성 활성성으로 인한 과제를 부각시킨다.

ABSTRACT

We describe radial-velocity time series obtained by HARPS on the 3.60 m telescope in La Silla (ESO, Chile) over ten years and report the discovery of five new giant exoplanets in distant orbits; these new planets orbit the stars HD 564, HD 30669, HD 108341, and BD-114672. Their periods range from 492 to 1684 days, semi-major axes range from 1.2 to 2.69 AU, and eccentricities range from 0 to 0.85. Their minimum mass ranges from 0.33 to 3.5 Mjup. We also refine the parameters of two planets announced previously around HD 113538, based on a longer series of measurements. The planets have a period of 663+-8 and 1818+-25 days, orbital eccentricities of 0.14+-0.08 and 0.20+-0.04, and minimum masses of 0.36+-0.04 and 0.93+-0.06 Mjup. Finally, we report the discovery of a new hot-Jupiter planet around an active star, HD 103720; the planet has a period of 4.5557+-0.0001 days and a minimum mass of 0.62+-0.025 Mjup. We discuss the fundamental parameters of these systems and limitations due to stellar activity in quiet stars with typical 2m/s radial velocity precision.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 도약 속도 측정을 통해 남반구 천구에서 장주기 거성계 외계 행성을 탐지하기 위해.
• 확장된 관측 기간을 통해 이전에 발표된 HD 113538 및 BD-114672 시스템의 행성 궤도 매개변수 추정치를 향상시키기 위해.
• 특히 낮은 내재 진동성의 조용한 별에서 관측되는 도약 속도 정밀도에 항성 활성성이 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 주변 별의 물리적 매개변수를 특성화하고, 그것이 행성 탐지 한계에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 도약 속도 탐지와 직접 영상 탐지 영역을 연결하여 행성계의 구조에 더 포괄적인 그림을 기여하기 위해.

제안 방법

• 10년에 걸쳐 칠레 라 실리아에 위치한 ESO 3.6m 망원경의 HARPS 분광계를 사용하여 도약 속도 시간 시리즈를 수집하였다.
• 합성 HARPS 스펙트럼과 ARES 코드를 사용한 스펙트럼 분석을 통해 표면 온도, 표면 중력, 금속성, 질량 등의 항성 매개변수를 유도하였다.
• 도약 속도 데이터에 대해 궤도 해법을 케플러 모델을 사용하여 피팅하였으며, 불확실성은 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC) 방법으로 추정하였다.
• 보조 진단 도구인 이분기 스펙트럼 범위, 교차상관함수의 FWHM, CaII H 및 K 지수를 사용하여 항성 활성을 모니터링하였다.
• 관측된 매개변수를 이론적 이소클론과 비교하여 항성 질량, 반지름, 연령을 유도하기 위해 베이지안 분석을 적용하였다.
• 궤도 피팅 이후 잔차를 분석하여 행성 신호의 유의성 및 활성 유도 노이즈의 존재 여부를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HARPS 남반천 조사에서 새로 발견된 다섯 개의 장주기 거성계 외계 행성의 궤도 및 물리적 매개변수는 무엇인가?
• RQ2 확장된 관측 기간은 HD 113538 및 BD-114672 시스템에서 이전에 탐지된 행성의 궤도 매개변수 정밀도를 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 항성 활성이 장주기 행성의 저진폭 도약 속도 신호 탐지에 얼마나 제한적인가?
• RQ4 항성 자기장 주기의 영향은 도약 속도 측정에 어떤 영향을 미치며, 특히 BD-114672 시스템과 같이?
• RQ5 금속성과 연령과 같은 주변 별의 특성이 탐지된 행성계와 어떻게 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 다섯 개의 새로운 장주기 거성계 외계 행성이 발견되었다: HD 103720 b (P = 4.5557 ± 0.0001일, m sin i = 0.620 ± 0.025 M Jup), HD 564 b (P = 492.3 ± 2.3일, m sin i = 0.33 ± 0.03 M Jup), HD 108341 b (P = 1684 ± 61일, m sin i = 0.47 ± 0.06 M Jup), BD-114672 b (P = 1667 ± 33일, m sin i = 0.53 ± 0.05 M Jup), 그리고 BD-114672에 두 번째 행성으로 P = 1129 ± 8일의 궤도를 가진 행성이 있다.
• HD 113538 행성 두 개의 궤도 매개변수가 개선되었다: HD 113538 b는 P = 663.2 ± 8.4일, e = 0.14 ± 0.08, m sin i = 0.36 ± 0.04 M Jup이며, HD 113538 c는 P = 1818 ± 25일, e = 0.20 ± 0.04, m sin i = 0.93 ± 0.06 M Jup이다.
• HD 103720 주위의 행성은 주기가 4.5557 ± 0.0001일이고 최소 질량이 0.620 ± 0.025 M Jup인 핫-자두 행성으로, 주변 별의 높은 활성 수준에도 불구하고 탐지되었다.
• 궤도 피팅 후 잔차 산란도(σ(O-C))는 1.1에서 13.1 m s⁻¹ 사이였으며, 가장 낮은 값(1.1–2.9 m s⁻¹)은 가장 안정적인 시스템에 대해 높은 정밀도 해법을 나타낸다.
• 이전에는 자기장 주기로 기인된 것으로 여겨졌던 BD-114672 시스템은 이제 주기가 1129 ± 8일, 이심률 e = 0.05 ± 0.06인 행성 신호를 보이며, 장기 모니터링 결과 행성 기원임을 시사한다.
• 항성 활성, 특히 자기장 주기와 표면 비균일성 형태의 활성은 도약 속도 노이즈의 주요 원인으로 밝혀졌으며, log R′HK 및 이분기 스펙트럼 범위와 같은 활성 지표를 사용하여 이러한 영향을 보정하였다.