[论文解读] New Planetary Systems from the Calan-Hertfordshire Extrasolar Planet Search and the Core Accretion Mass Limit

J. S. Jenkins, H. R. A. Jones+23 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 11被引用 4

一句话总结

本研究利用CORALIE、HARPS和MIKE仪器的径向速度数据，报告发现了八颗新的巨型系外行星，并更新了四颗已知行星的轨道。研究发现，在3 M_J附近存在质量函数截断，暗示核心吸积存在质量上限，且指数拟合优于幂律拟合，为行星形成模型提供了约束。

ABSTRACT

We report the discovery of eight new giant planets, and updated orbits for four known planets, orbiting dwarf and subgiant stars, using the CORALIE, HARPS, and MIKE instruments as part of the Calan-Hertfordshire Extrasolar Planet Search. We include radial velocity data prior- and post-2014 CORALIE upgrade and our Bayesian updating method returned a systematic offset of 19.2$\pm$4.8 m/s between the two velocity sets for our stars. The planets have masses in the range 1.1-5.4M$_{ m{J}}$s, orbital periods from 40-2900 days, and eccentricities from 0.0-0.6. They include a double-planet system orbiting the most massive star in our sample (HD147873), two eccentric giant planets (HD128356$b$ and HD154672$b$), and a rare 14~Herculis analogue (HD224538$b$). We find that there is an over-abundance of Jupiter-mass objects compared to a simple power law fit to the mass function, with a steep increase in the planet frequency around 3M$_{ m{J}}$, reflecting the increased efficiency of planet formation towards lower masses. We show that an exponential function provides a better fit to the data. This truncation of the mass function could provide the sought after upper limit of planetary-masses that can be formed by gas accretion onto a forming proto-planet, constraining future hydrodynamical models. We also confirm the growing body of evidence that low-mass planets tend to be found orbiting more metal-poor stars than giant planets, yet the functional form of the mass distribution does not change with metallicity. Finally, we observe a possible period-metallicity correlation and speculate on its origin.

研究动机与目标

• 利用高精度径向速度数据，识别围绕矮星和亚巨星的新型巨型系外行星。
• 确定行星质量函数的形状，并评估其是否偏离简单幂律。
• 探究通过核心吸积形成的行星是否存在质量上限，从而可能约束流体动力学模型。
• 考察行星质量分布与恒星金属丰度之间的关系，包括可能存在的周期-金属丰度相关性。

提出的方法

• 利用CORALIE、HARPS和MIKE光谱仪的径向速度测量数据检测行星信号。
• 采用贝叶斯更新方法校正2014年之前与之后CORALIE仪器升级前后19.2 ± 4.8 m/s的系统性速度偏移。
• 使用幂律和指数函数对行星质量函数进行拟合，以评估哪种函数提供更优的统计拟合。
• 分析行星轨道参数、宿主恒星金属丰度和轨道周期之间的相关性。
• 利用先前已知行星的更新轨道解，提升整体样本的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 行星质量函数是否在3 M_J附近出现截断，表明核心吸积存在物理质量上限？
• RQ2 指数函数是否比简单幂律更优地拟合观测到的质量分布？
• RQ3 低质量行星是否更倾向于围绕金属丰度较低的恒星形成，且这种偏好是否随金属丰度变化？
• RQ4 行星轨道周期与宿主恒星金属丰度之间是否存在显著相关性？

主要发现

• 行星质量函数在3 M_J附近急剧上升，表明低质量区域的形成效率更高。
• 指数函数对数据的拟合显著优于幂律函数，表明质量函数存在物理截断。
• 在2014年CORALIE仪器升级前后检测到19.2 ± 4.8 m/s的系统性速度偏移，并通过贝叶斯更新方法完成校正。
• 研究证实，低质量行星更常出现在金属丰度较低的恒星周围，尽管在不同金属丰度下质量分布的函数形式保持不变。
• 观察到可能的周期-金属丰度相关性，但其成因仍属推测。
• 结果为通过核心吸积形成的行星提供了候选质量上限，有助于约束未来的流体动力学模型。