[论文解读] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. First visual-channel radial-velocity measurements and orbital parameter updates of seven M-dwarf planetary systems

Trifon Trifonov, M. Kürster+167 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 77被引用 61

一句话总结

本文呈现来自 CARMENES 的七个 M-dwarf 行星宿主的首次光学径向速度测量，更新轨道参数，并将 CARMENES 的性能与 HARPS 和 HIRES 进行比较，证实大多数系统中的行星，并在 GJ15 A 和 GJ1148 中揭示新信号。

ABSTRACT

Context: The main goal of the CARMENES survey is to find Earth-mass planets around nearby M-dwarf stars. Seven M-dwarfs included in the CARMENES sample had been observed before with HIRES and HARPS and either were reported to have one short period planetary companion (GJ15A, GJ176, GJ436, GJ536 and GJ1148) or are multiple planetary systems (GJ581 and GJ876). Aims: We aim to report new precise optical radial velocity measurements for these planet hosts and test the overall capabilities of CARMENES. Methods: We combined our CARMENES precise Doppler measurements with those available from HIRES and HARPS and derived new orbital parameters for the systems. Bona-fide single planet systems are fitted with a Keplerian model. The multiple planet systems were analyzed using a self-consistent dynamical model and their best fit orbits were tested for long-term stability. Results: We confirm or provide supportive arguments for planets around all the investigated stars except for GJ15A, for which we find that the post-discovery HIRES data and our CARMENES data do not show a signal at 11.4 days. Although we cannot confirm the super-Earth planet GJ15Ab, we show evidence for a possible long-period ($P_{ m c}$ = 7025$_{-629}^{+972}$ d) Saturn-mass ($m_{ m c} \sin i$ = 51.8$_{-5.8}^{+5.5}M_\oplus$) planet around GJ15A. In addition, based on our CARMENES and HIRES data we discover a second planet around GJ1148, for which we estimate a period $P_{ m c}$ = 532.6$_{-2.5}^{+4.1}$ d, eccentricity $e_{ m c}$ = 0.34$_{-0.06}^{+0.05}$ and minimum mass $m_{ m c} \sin i$ = 68.1$_{-2.2}^{+4.9}M_\oplus$. Conclusions: The CARMENES optical radial velocities have similar precision and overall scatter when compared to the Doppler measurements conducted with HARPS and HIRES. We conclude that CARMENES is an instrument that is up to the challenge of discovering rocky planets around low-mass stars.

研究动机与目标

• 面向邻近的 M- dwarfs 使用精确光学 RVs 来寻找地球质量行星的动机与探索。
• 提供来自 CARMENES 的七个已知行星宿主 M dwarfs 的新精确光学 RV 测量。
• 将 CARMENES 数据与 HIRES 和 HARPS 结合以改进轨道参数并检验行星信号。
• 评估 CARMENES RV 相对于 HARPS 和 HIRES 的性能，并展示其在低质量恒星周围发现岩石行星的能力。

提出的方法

• 使用 CARMENES VIS 通道（R = 94,600）收集精确的光学径向速度，并通过 SERVAL 流程 deriv 指定 RVs。
• 在不应用 jitter 建模的情况下，将 CARMENES RV 与档案中的 HIRES 与 HARPS 数据结合，将未知噪声视为 RV 散射。
• 使用 GLS（Generalized Lomb-Scargle）周期图识别显著的周期信号，并通过自举法估计 FAP 水平。
• 用 Keplerian 拟合对真正的单行星系统建模；用自洽的 N-body 动力学在 Jacobi 坐标系中建模多行星系统。
• 对 CARMENES RV 应用夜间零点（NZP）校正，以减小仪器系统误差并改善联合拟合。

实验结果

研究问题

• RQ1 在与 HIRES 和 HARPS 数据相结合时，CARMENES 光学 RV 测量是否能够证实或否定先前在七个 M-dwarf 宿主上报道的行星？
• RQ2 在联合的 Keplerian（单行星）和 N-body（多行星）建模框架下，这些系统的更新轨道参数是什么？
• RQ3 对于这些目标，CARMENES VIS RV 的精度和散布与 HARPS 与 HIRES 相比有何差异？
• RQ4 通过综合数据集，是否出现这些系统中的新行星信号，并且它们是否具有动力学稳定性？

主要发现

• CARMENES 光学 RV 对这些恒星的精度和散布与 HARPS 和 HIRES 相似。
• GJ 15 A：未能回收 11.4 天的信号；一个可能的长周期土星质量伴星（P ≈ 7030 天，m sin i ≈ 51.8 M⊕）被提出，而不是之前声称的 Ab。
• GJ 1148：发现第二颗行星（GJ 1148 c），P ≈ 532.6 天，e ≈ 0.342，m sin i ≈ 68.1 M⊕。
• GJ 15 A、GJ 176、GJ 436、GJ 536、GJ 581 和 GJ 876：综合数据确认或强烈支持这些恒星上行星的存在，并对轨道参数进行了精炼。
• NZP 校正在七个系统的时间序列中将 RMS 平均提高约 ~25%，显示了夜间零点校准的有用性。
• 本文表明，结合现有的 HARPS/HIRES 数据，CARMENES 能够在低质量恒星周围贡献于岩石行星的发现与表征。