[논문 리뷰] The SOPHIE search for northern extrasolar planets: VI. Three new hot Jupiters in multi-planet extrasolar systems

C. Moutou, G. Hébrard외 22명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 38인용 수 33

한 줄 요약

이 논문은 프로방스 고도 관측소의 1.93m 망원경에 장착된 SOPHIE 분광계를 이용한 고정밀 도플러 속도 측정을 통해 다중 행성계에서 세 개의 새로운 핫 주프이터—HD 13908 b, HD 159243 b, HIP 91258 b—를 발견하였다. 주요 결과는 궤도 주기가 20일 이하이고 질량이 약 1 MJup인 내부에 위치한 핫 주프이터를 포함하는 세 개의 시스템이 있으며, 이는 다중 행성 거성 행성계의 형성 및 천체역학적 진화에 대한 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

We present high-precision radial-velocity measurements of three solar-type stars: HD 13908, HD 159243, and HIP 91258. The observations were made with the SOPHIE spectrograph at the 1.93-m telescope of Observatoire de Haute-Provence (France). They show that these three bright stars host exoplanetary systems composed of at least two companions. HD 13908 b is a planet with a minimum mass of 0.865+-0.035 Mjup, on a circular orbit with a period of 19.382+-0.006 days. There is an outer massive companion in the system with a period of 931+-17 days, e = 0.12+-0.02, and a minimum mass of 5.13+-0.25 Mjup. The star HD 159243, also has two detected companions with respective masses, periods, and eccentricities of Mp = 1.13+-0.05 and 1.9+-0.13 Mjup, $P$ = 12.620+-0.004 and 248.4+-4.9 days, and e = 0.02+-0.02 and 0.075+-0.05. Finally, the star HIP 91258 has a planetary companion with a minimum mass of 1.068+-0.038 Mjup, an orbital period of 5.0505+-0.0015 days, and a quadratic trend indicating an outer planetary or stellar companion that is as yet uncharacterized. The planet-hosting stars HD 13908, HD 159243, and HIP 91258 are main-sequence stars of spectral types F8V, G0V, and G5V, respectively, with moderate activity levels. HIP 91258 is slightly over-metallic, while the two other stars have solar-like metallicity. The three systems are discussed in the frame of formation and dynamical evolution models of systems composed of several giant planets.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 도플러 속도 측정을 이용해 다중 행성계에서 저질량 및 거성 외계 행성을 탐지하고 특성화하기.
• 추가적인 질량이 큰 외부 행성과 함께 존재하는 시스템에서 핫 주프이터의 빈도와 궤도 구조를 조사하기.
• 거성 행성을 수반하는 다중 행성계의 천체역학적 진화 및 형성 경로 연구하기.
• 핫 주프이터 발생 빈도와 그 주계성 특성에 대한 통계적 이해를 향상시키기.
• 빛나는 활성성과 높은 금속성의 별들을 장기적으로 도플러 속도 모니터링하여 행성계의 구조 제약을 설정하기.

제안 방법

• SOPHIE 분광계를 이용해 프로방스 고도 관측소의 1.93m 망원경에서 고정밀 도플러 속도 측정을 수행하였다.
• 행성 신호 탐지 및 궤도 파rameter 결정을 위해 도플러 속도 데이터에 케플러 궤도 피팅을 적용하였다.
• 각 시스템의 다중 공전체에 대해 궤도 주기, 이심률, 최소 질량(Mpsin i) 등의 궤도 해를 유도하였다.
• 고해상도 분광계 및 광도 측정을 통해 별의 파aram터, 즉 스펙트럼형, 금속성, 활성 수준을 결정하였다.
• HIP 91258의 도플러 속도 잔차에 나타난 2차항 경향은 외부에 알려지지 않은 행성의 존재를 시사한다.
• 행성 신호의 유효성 검증을 위해 이심도 범위 및 기타 진단 도구를 사용해 시스템 내 소음과 별 활성도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 더 질량이 큰 외부 행성과 함께 존재하는 다중 행성계에서 핫 주프이터의 빈도는 어떻게 되는가?
• RQ2 핫 주프이터를 포함하는 다중 행성계의 궤도 구조는 단일 행성계와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 관측된 시스템은 거성 행성의 형성 및 이동 모델에 대해 어떤 제약을 둔다?
• RQ4 별의 금속성과 활성 수준은 다중 거성 행성을 수반하는 데 영향을 미치는가?
• RQ5 장기적인 도플러 속도 모니터링을 통해 내부에 핫 주프이터가 존재하는 시스템에서 외부 행성을 탐지할 수 있는가?

주요 결과

• HD 13908 b는 최소 질량 0.865 ± 0.035 MJup, 궤도 주기 19.382 ± 0.006일, 원형 궤도를 가진 핫 주프이터이다.
• 이 시스템은 최소 질량 5.13 ± 0.25 MJup, 궤도 주기 931 ± 17일, 이심률 0.12 ± 0.02를 가진 더 질량이 큰 외부 행성과 함께 존재한다.
• HD 159243은 두 개의 행성을 수반한다: 최소 질량 1.13 ± 0.05 MJup, 궤도 주기 12.620 ± 0.004일인 핫 주프이터와, 최소 질량 1.9 ± 0.13 MJup, 궤도 주기 248.4 ± 4.9일인 두 번째 행성.
• HIP 91258는 최소 질량 1.068 ± 0.038 MJup, 궤도 주기 5.0505 ± 0.0015일인 핫 주프이터를 포함하며, 도플러 속도 잔차에 나타난 2차항 경향은 외부 행성의 존재를 시사한다.
• 세 주계성—HD 13908(F8V), HD 159243(G0V), HIP 91258(G5V)—은 중간 정도의 활성도와 태양과 유사하거나 略로 증가된 금속성을 나타낸다.
• 이 시스템들은 거성 행성의 현지 형성 또는 다중 행성 구성에서의 이동 모델과 일치하는 것으로 보인다.