[논문 리뷰] VLT multi-epoch radial velocity survey toward NGC 6253. Analysis of three transiting planetary candidates

M. Montalto, S. Villanova외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 04. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 38인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 3회 관측 에포크 동안 VLT/UVES 및 GIRAFFE 스펙트로그래프를 사용하여 노후이고 금속 농도가 높은 산개성단 NGC 6253의 139颗의 별에 대해 다중 에포크 라디얼 속도 조사 결과를 제시한다. 연구에서는 35개의 성단 소속 성별, 12개의 밀접한 쌍성계, 그리고 저질서성 별자리에서의 고정밀 라디얼 속도 관측을 위한 다섯 개의 최적 전환성 별을 규명하였으며, 그 중 하나의 전행 행성 후보(비주성 등급 V=15.26)가 향후 연구를 위한 주요 대상으로 두드러지게 나타났다.

ABSTRACT

We measured the radial velocity of 139 stars in the region of NGC 6253, discussing cluster's membership and binarity in this sample, complementing our analysis with photometric, proper motion, and radial velocity data available from previous studies of this cluster, and analyzing three planetary transiting candidates we found in the field of NGC 6253. Spectra were obtained with the UVES and GIRAFFE spectrographs at the VLT, during three epochs in August 2008. The mean radial velocity of the cluster is -29.11+/-0.85 km/s. Using both radial velocities and proper motions we found 35 cluster's members, among which 12 are likely cluster's close binary systems. One star may have a sub-stellar companion, requiring a more intensive follow-up. Our results are in good agreement with past radial velocity and photometric measurements. Furthermore, using our photometry, astrometry and spectroscopy we identified a new sub-giant branch eclipsing binary system, member of the cluster. The cluster's close binary frequency at 29% +/- 9% (34% +/-10% once including long period binaries), appears higher than the field binary frequency equal to (22% +/- 5%, though these estimates are still consistent within the uncertainties. Among the three transiting planetary candidates the brightest one (V=15.26) is worth to be more intensively investigated with higher percision spectroscopy. We discussed the possibility to detect sub-stellar companions (brown dwarfs and planets) with the radial velocity technique (both with UVES/GIRAFFE and HARPS) around turn-off stars of old open clusters [abridged].

연구 동기 및 목표

• NGC 6253의 성단 소속 별에 대한 다중 에포크 라디얼 속도 조사를 수행하여 성단 소속성과 쌍성계 탐지 정확도를 향상시키는 것.
• 기존 장비로도 오래된 산개성단의 전환성 별 주위에서 저질서성 별자리(백색왜성 및 행성)를 라디얼 속도 기법으로 탐지할 수 있는지 가능성 평가.
• 다중 목적 스펙트로그래피와 라디얼 속도 필터링을 통한 효율적 접근으로 관측 시간을 최소화하여 고정밀 스펙트로그래피를 위한 최적의 대상 사전 선별.
• NGC 6253의 이중성 빈도를 측정하고, 이는 필드 성별의 이중성 빈도와 비교하여 환경적 영향이 이중성 및 행성계 형성에 미치는 영향을 탐색.
• 이전 광도 조사에서 발견된 세 개의 전행 행성 후보를 후속 조사하고, 가장 유망한 후보를 우선적으로 심층 연구 대상으로 선정.

제안 방법

• 2008년 8월에 세 차례의 관측 런을 통해 VLT의 UVES 및 GIRAFFE 스펙트로그래프를 사용하여 다중 에포크 라디얼 속도 측정을 수행.
• 성단의 광도, 운동량, 천체측량 데이터와 라디얼 속도 데이터를 융합하여 성단 소속 별과 이중성계를 식별.
• 라디얼 속도 분산과 운동량 필터링을 적용하여 성단 소속 별 후보를 사전 선별하고, 필드 오염자들을 배제.
• 낮은 질량의 별자리와 일치하는 라디얼 속도 변동을 통해 저질서성 별자리 후보를 규명하였으며, 특히 관측된 속도 산란도가 낮은 별에서 특히 주목.
• 행성 신호의 탐지 가능성을 극대화하면서 총 관측 시간을 최소화하기 위해 세 에포크 관측 전략(t1=486, t2=972, t3=1458 일)을 적용.
• 계층적 대상 선별 로드맵 제안: (1) 사전 선별을 위한 다중 목적 스펙트로그래피, (2) 질량이 큰 저질서성 별자리 후보 식별, (3) 가장 유망한 대상에 대한 고정밀 후속 관측.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 6253의 라디얼 속도 분산과 평균 성단 라디얼 속도는 얼마이며, 이는 이전 측정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 NGC 6253의 천체 영역에 있는 별들 중 어떤 것이 성단 소속 별일 가능성이 높은가? 그리고 밀접한 이중성계는 몇 개인가?
• RQ3 현재 장비로도 오래된 산개성단의 전환성 별 주위에서 라디얼 속도 변동을 통해 저질서성 별자리(백색왜성 및 행성)를 탐지할 수 있는가?
• RQ4 NGC 6253의 전환성 별과 진화한 별들에서의 이중성 빈도는 얼마이며, 이는 필드 성별의 이중성 빈도와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이전 광도 조사에서 발견된 세 개의 전행 행성 후보 중에서 고정밀 라디얼 속도 후속 관측에 가장 적합한 대상은 무엇인가?

주요 결과

• NGC 6253의 평균 라디얼 속도는 (-29.11 ± 0.85) km/s이며, 이는 이전 측정치와 일치한다.
• 35개의 별이 성단 소속 별로 확인되었으며, 이 중 12개는 밀접한 이중성계로 간주되며, 한 별(39810)은 저질서성 별자리의 존재를 암시하는 라디얼 속도 변동을 보였다.
• 전환성 별과 진화한 별들 사이의 밀접한 이중성 빈도는 (29 ± 9)%, 더 긴 주기의 이중성계를 포함하면 (34 ± 10)%로 증가하며, 이는 필드 성별의 이중성 빈도(22 ± 5)%보다 높지만, 오차 범위 내에서 일치한다.
• 다섯 개의 전환성 별(식별번호 40519, 45512, 44104, 45523, 45267)은 행성 질량 별자리 탐지를 위한 고정밀 라디얼 속도 후속 관측에 최적의 대상으로 규명되었다.
• 세 개의 전행 행성 후보 중에서 가장 밝은 별(V=15.26, 식별번호 171895)이 고정밀 스펙트로그래피를 통한 심층 후속 관측에 가장 적합한 것으로 평가되었다.
• 다른 별자리에서 발견된 새로운 일식 이중성계(별 45368)는 다중 에포크 라디얼 속도 및 천체측량 분석을 통해 성단 소속 별로 확인되었다.