[論文レビュー] The CORALIE survey for southern extra-solar planets XV. Discovery of two eccentric planets orbiting HD4113 and HD156846

Omer Tamuz, D. Ségransan+11 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 44

ひとこと要約

本論文は、ラ・シリャ観測所に設置された1.2-m エーラー望遠鏡のCORALIE分光計を用いた径速度測定から、HD 4113 bおよびHD 156846 bという2つの非常に高い離心率を示す系外惑星の発見を報告している。両惑星ともに極めて高い離心率（e ≈ 0.90および0.85）を示しており、それらは遠方の恒星伴星を有する系に属しており、第三体によるKozai振動がその高い軌道離心率を生じさせる最も可能性の高いメカニズムであると示唆している。

ABSTRACT

We report the detection of two very eccentric planets orbiting HD4113 and HD156846 with the CORALIE Echelle spectrograph mounted on the 1.2-m Euler Swiss telescope at La Silla. The first planet, HD4113b, has minimum mass of $m\sin{i}=1.6\pm0.2 M_{ m Jup}$, a period of $P=526.59\pm0.21$ days and an eccentricity of $e=0.903\pm0.02$. It orbits a metal rich G5V star at $a=1.28$ AU which displays an additional radial velocity drift of 28 m s$^{-1}$/yr observed during 8 years. The combination of the radial-velocity data and the non-detection of any main sequence stellar companion in our high contrast images taken at the VLT with NACO/SDI, characterizes the companion as a probable brown dwarf or as a faint white dwarf. The second planet, \object{HD 156846 b}, has minimum mass of $m\sin{i}=10.45\pm0.05$ M$_{ m Jup}$, a period of $P=359.51\pm0.09 $ days, an eccentricity of $e=0.847\pm0.002$ and is located at $a=1.0$ AU from its parent star. HD156846 is a metal rich G0 dwarf and is also the primary of a wide binary system ($a>250$ AU, $P>4000$ years). Its stellar companion, \object{IDS 17147-1914 B}, is a M4 dwarf. The very high eccentricities of both planets can be explained by Kozai oscillations induced by the presence of a third object.

研究の動機と目的

• 金属豊富なG型星を標榜とする南天の低質量同伴星を高精度径速度測定を用いて検出・特徴づけること。
• 特にe = 0.8を超えるような極めて高い軌道離心率を示す系外惑星の原因を調査すること。
• 広い二重星系における遠方の恒星伴星の存在が、一部の系外惑星で観測された高い離心率を説明できるかどうかを検証すること。
• 多体系惑星系における離心率ポンプの駆動要因としてのKozaiメカニズムの妥当性を評価すること。
• 径速度ドリフトおよび高対比画像測定を用いて、仮説的な第三体同伴星の性質を制約すること。

提案手法

• HD 4113およびHD 156846の両者に対して、それぞれ8年および4.5年間、ラ・シリャ観測所に設置された1.2-m エーラー・スイス望遠鏡のCORALIEエシェル分光計を用いて径速度測定が行われた。
• 径速度データにケプラー運動モデルをフィットさせることで軌道解が導出され、周期（P）、半振幅（K）、離心率（e）、近日点引張角（ω）、近日点通過時刻（T₀）などのパラメータが含む。
• フォードら（2000年）の形式を用いて、外側の同伴星の質量および軌道パラメータに基づき、Kozai振動の時標識を推定した。
• ホルマンら（1997年）の式を用いて一般相対性理論的歳差の時標識を計算し、Kozai時標識と比較した。
• VLT/NACO/SDI装置を用いた高対比画像測定を用いて恒星伴星の探索が行われ、非検出結果をもとに外側の同伴星の性質を制約した。
• 高信噪比のCORALIEスペクトルを用いた標準分光解析技術により、効果的温度、表面重力、金属量、質量などの星のパラメータが導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 4113 bおよびHD 156846 bで観測された極めて高い軌道離心率（e > 0.8）の原因は何か？
• RQ2 広い二重星系における遠方の恒星伴星の存在が、Kozaiメカニズムによって高い離心率を説明するのに十分か？
• RQ3 これらの2つの系において、Kozai振動時標識は一般相対性理論的歳差および系の年齢と比較してどのようになるか？
• RQ4 径速度ドリフトおよび直接検出不能な事実を踏まえた場合、HD 4113およびHD 156846系における見えない第三体の性質は何か？
• RQ5 観測された離心率は、遠方の同伴星による長期間の摂動的摂動によって駆動される動的進化と整合的か？

主な発見

• HD 4113 bの最小質量は1.6 ± 0.2 M_Jup、軌道周期は526.59 ± 0.21日、離心率は0.903 ± 0.02であり、既知の系外惑星の中で最も高い離心率の一つである。
• HD 156846 bの最小質量は10.45 ± 0.05 M_Jup、周期は359.51 ± 0.09日、離心率は0.8472 ± 0.0016であり、既知の最も高い離心率の惑星の一つに位置づけられる。
• HD 4113系のKozai振動時標識は6.2 × 10³年であり、系の年齢（4.8–8.0 Gyr）よりも著しく短く、Kozaiサイクルが動的に活性であることを示唆している。
• HD 156846系のKozai時標識は5.5 × 10⁶年であり、系の年齢（2.1–2.7 Gyr）よりも短く、Kozaiメカニズムの妥当性を支持している。
• 一般相対性理論的歳差時標識ははるかに長く（HD 4113で7.6 Gyr、HD 156846で1.1 Gyr）、相対論的効果はKozai振動を抑制しない。
• HD 4113の径速度ドリフトは27.8 ± 0.3 m s⁻¹ yr⁻¹であり、高対比画像測定で主系列星の同伴が非検出されたことから、外側の同伴星はおそらく褐色矮星または白色矮星であると推定される。