[논문 리뷰] Planets around evolved intermediate-mass stars in open clusters II. Are there really planets around IC4651No9122, NGC2423No3 and NGC4349No127?

E. Delgado Mena, C. Lovis외 11명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 25.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 85인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 15년 이상의 고정밀 도플러 속도(RV) 데이터를 바탕으로 열린 별단 IC4651 No. 9122, NGC2423 No. 3, NGC4349 No. 127의 퇴화한 중간질량 별 주위에서 관측된 세 개의 병렬형 행성 후보를 재평가한다. HARPS 및 UVES에서 확보한 데이터를 통해 이전에 행성으로 추정된 RV 신호들이 별의 활동성, 진동, 또는 선형형태 변화(특히 FWHM 및 Hα 지수 변동)에 기인한 것일 가능성이 높다고 밝히며, 퇴화한 별에서 행성 신호와 별에 기인한 변동성을 구분하기 위해 장기 모니터링이 필수적임을 경고한다.

ABSTRACT

(shorter version)The aim of this work is to search for planets around intermediate-mass stars in open clusters by using RV data obtained with HARPS from an extensive survey with more than 15 years of observations for a sample of 142 giant stars in 17 open clusters. We present the discovery of a periodic RV signal compatible with the presence of a planet candidate in the 1.15 Gyr open cluster IC4651 orbiting the 2.06 M$_\odot$ star No. 9122. If confirmed, the planet candidate would have a minimum mass of 7.2 M$_{J}$ and a period of 747 days. However, we also find that the FWHM of the CCF varies with a period close to the RV, casting doubts on the planetary nature of the signal. We also provide refined parameters for the previously discovered planet around NGC2423 No. 3 but show evidence that the BIS of the CCF is correlated with the RV during some of the observing periods. This fact advises us that this might not be a real planet and that the RV variations could be caused by stellar activity and/or pulsations. Finally, we show that the previously reported signal by a brown dwarf around NGC4349 No. 127 is presumably produced by stellar activity modulation. The long-term monitoring of several red giants in open clusters has allowed us to find periodic RV variations in several stars. However, we also show that the follow-up of this kind of stars should last more than one orbital period to detect long-term signals of stellar origin. This work warns that although it is possible to detect planets around red giants, large-amplitude, long-period RV modulations do exist in such stars that can mimic the presence of an orbiting planetary body. Therefore, we need to better understand how such RV modulations behave as stars evolve along the RGB and perform a detailed study of all the possible stellar-induced signals (e.g. spots, pulsations, granulation) to comprehend the origin of RV variations.

연구 동기 및 목표

• 장기 도플러 속도 모니터링을 통해 열린 별단의 퇴화한 중간질량 별 주위에서 이전에 보고된 세 개의 병렬형 행성 후보의 행성 성격을 재평가하는 것.
• 적색거대행성에서 관측된 주기적 RV 변동이 행성 후보자에 기인한 것인지, 아니면 별의 활동성 및 진동에 기인한 것인지 조사하는 것.
• FWHM, BIS, Hα 지수와 같은 보조 지표를 분석하여 RV 신호의 신뢰도를 평가하는 것.
• 장기 모니터링이 퇴화한 별에서 행성 궤도와 별에 기인한 RV 변동 패턴을 어떻게 구분할 수 있는지 평가하는 것.
• 별 기원의 신호를 식별하고 특성화함으로써 퇴화한 별 주위의 외계행성 후보에 대한 검증 기준을 향상시키는 것.

제안 방법

• La Silla 관측소의 3.6m 망원경에 탑재된 HARPS 분광계를 사용하여 15년 이상에 걸쳐 고정밀 도플러 속도(RV) 측정을 확보하였다.
• 유의미한 주기적 RV 신호를 보이는 별들에 대해 케플러 궤도 피팅을 수행하여 행성 후보자의 존재를 평가하였다.
• 전체 수축함수(Cross-Correlation Function, CCF)의 FWHM, BIS, Hα 지수를 포함한 별 활동 지표를 모니터링하여 RV 변동과의 상관관계를 탐지하였다.
• RV 및 활동 지표에 대한 페리오도그램 분석을 수행하여 공통 주기성을 식별하고, 위조 경고 확률(FAP)을 평가하였다.
• RV 변동의 위상과 진폭을 FWHM, BIS, Hα 지수와 비교하여 별 활동이 행성 신호를 모방할 수 있는지 평가하였다.
• 장기 기간 데이터를 활용하여 상관관계의 안정성을 평가하고, 장기적 별의 조절 패턴을 탐지하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IC4651 No. 9122 주위의 747일 주기 RV 신호가 진짜로 7.2 M_J 행성의 존재를 나타내는가, 아니면 별의 활동성에 기인한 것인가?
• RQ2 NGC2423 No. 3에서 RV와 BIS 변동 간의 상관관계는 행성 후보자에 기인한 것인가, 아니면 별 기원의 신호인가?
• RQ3 NGC4349 No. 127의 RV 조절은 별의 활동성 또는 진동에 의해 설명될 수 있는가, 아니면 백색왜성 후보자에 기인한 것인가?
• RQ4 퇴화한 별에서 FWHM 및 Hα 지수 변동이 RV 신호와 얼마나 강하게 상관관계를 가지며, 이를 통해 행성 후보의 검증 또는 기각이 가능할 수 있는가?
• RQ5 장기적 별 진동 및 활동 주기의 영향으로 적색거대행성에서 도플러 속도 행성 탐지의 신뢰도는 어떻게 영향을 받는가?

주요 결과

• IC4651 No. 9122 주위의 7.2 M_J 행성 후보는 실제 존재하지 않을 가능성이 높으며, CCF의 FWHM과 Hα 지수가 RV 신호 주기와 유사한 주기로 변동함을 통해 별 기원의 신호일 가능성이 높다.
• NGC2423 No. 3의 RV 변동은 전체 데이터셋에서 CCF의 BIS와 강하게 상관관계를 보이며, 이는 행성 해석에 도전을 가하지만, 시간에 따라 상관관계가 안정되지 않음.
• NGC4349 No. 127의 RV 신호는 별 활동 조절에 의해 가장 잘 설명되며, FWHM 및 Hα 지수가 RV 신호와 동일한 주기로 강한 주기적 변동을 보이며, 1% FAP 수준에서 유의미함.
• 이 연구는 퇴화한 별에서 장기적·대폭도의 RV 조절이 행성 신호를 모방할 수 있음을 확인하였으며, 특히 진동 또는 활동 영역에 의해 유도될 경우 더욱 그렇다.
• CCF의 FWHM는 별 기원의 RV 변동을 식별하는 데 핵심적인 진단 도구이며, 퇴화한 별 주위의 행성 후보 검증 과정에서 일상적으로 사용되어야 한다.
• 결과는 적색거대행성에서 별 활동 및 진동 효과와 행성 신호를 분리하기 위해 장기 모니터링(한 궤도 주기 이상)이 필수적임을 강조한다.