[论文解读] The GAPS Programme with HARPS-N@TNG II: No giant planets around the metal-poor star HIP 11952

S. Desidera, A. Sozzetti+38 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 25

一句话总结

本研究使用高精度HARPS-N和HARPS仪器重新分析了金属贫乏恒星HIP 11952的径向速度（RV）数据，未发现此前宣布的两颗巨型行星的证据。数据在6-σ和4-σ置信水平下排除了所提出的行星，解决了核心吸积行星形成模型在低金属丰度环境下面临的关键挑战。

ABSTRACT

In the context of the program Global Architecture of Planetary Systems (GAPS), we have performed radial velocity monitoring of the metal-poor star HIP 11952 on 35 nights over about 150 days using the newly installed high resolution spectrograph HARPS-N at the TNG and HARPS at ESO 3.6m telescope. The radial velocities show a scatter of 7 m/s, compatible with the measurement errors for such a moderately warm metal-poor star (Teff = 6040+-120K; [Fe/H] =-1.9+-0.1). We then exclude the presence of the two giant planets with periods of 6.95+-0.01 d and 290.0+-16.2 d and radial velocity semi-amplitudes of 100.3+-19.4 m/s and 105.2+-14.7 m/s, respectively, which had recently been announced. This result is important considering that HIP 11952 was thought to be the most metal-poor star hosting a planetary system with giant planets, thus challenging some models of planet formation.

研究动机与目标

• 检验此前报道的两颗大质量行星存在的金属贫乏恒星HIP 11952中巨型行星的存在性。
• 解决观测到的行星系统与核心吸积模型之间的矛盾，后者预测在金属贫乏恒星周围巨型行星频率较低。
• 提供高精度的径向速度测量，以评估此前报道的信号是否源于行星轨道而非仪器或恒星活动效应。
• 改善对金属贫乏恒星周围行星系统结构的约束，特别是对低质量行星的约束。
• 通过检验核心吸积与重力不稳定性机制，为理解恒星金属丰度在行星形成中的作用做出贡献。

提出的方法

• 在Telescopio Nazionale Galileo（TNG）的HARPS-N和ESO 3.6m望远镜的HARPS上，对HIP 11952进行了为期35晚的径向速度监测。
• 径向速度散差为7 m s⁻¹，与测量误差一致，表明测量精度高。
• 将新的HARPS-N和HARPS数据与Latham等人（2002年）的档案RV数据以及2012年的TRES观测数据结合，覆盖长达29年的时间基线。
• 应用F检验和χ²统计方法，推导出轨道周期在3至350天之间的最小行星质量的99%置信水平上限。
• 使用F检验评估潜在行星信号的显著性，并排除S12报告的轨道参数对应的行星。
• 评估长期径向速度趋势，以排除长周期伴星引起的长期漂移。

实验结果

研究问题

• RQ1 HARPS-N和HARPS的高精度径向速度测量是否确认了在HIP 11952周围存在周期分别为6.95 d和290.0 d的两颗巨型行星？
• RQ2 此前报道的行星信号是否可归因于仪器效应或恒星活动，而非轨道运动？
• RQ3 在HIP 11952周围，周期介于3至350天之间的潜在行星的最小质量上限是多少？
• RQ4 该金属贫乏恒星（Fe/H = -1.9）中不存在巨型行星，是否支持核心吸积行星形成模型？
• RQ5 29年间的长期径向速度趋势如何约束长周期伴星的存在？

主要发现

• 未检测到显著的径向速度变化，散差为7 m s⁻¹，与测量误差一致。
• 此前宣布的周期为6.95 ± 0.01 d和290.0 ± 16.2 d的巨型行星，分别在6-σ和4-σ置信水平下被排除。
• 在报告的轨道参数下，投影质量为0.78 ± 0.16 M_J和2.93 ± 0.42 M_J的行星被高置信度排除。
• 基于19次观测，29年内径向速度恒定的概率为47%，表明无显著长期趋势。
• 数据排除了周期短于30天的土星质量行星和周期短于250天的木星质量行星。
• 结果解决了核心吸积模型面临的一个关键观测挑战，证实了在[Fe/H] ≈ -1.9的金属贫乏恒星周围，巨型行星极为罕见。