[論文レビュー] The GAPS Programme with HARPS-N@TNG V. A comprehensive analysis of the XO-2 stellar and planetary systems

M. Damasso, K. Biazzo+57 more|Institutional Research Information System University of Turin (University of Turin)|Jan 7, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 110被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、HARPS-Nから得られた高精度の径速度と多波長光度測定を用いて、系外惑星を有するXO-2連星系の包括的分析を実施した。星間の鉄の質量関数差が顕著に確認され、長期間にわたる径速度変動が星の活動性に起因する可能性が示唆された。また、惑星のパラメータが精緻化され、投影スピン-軌道角が7°±11°と測定され、惑星の軌道が星の自転軸とほぼ整列していることが示された。

ABSTRACT

XO-2 is the first confirmed wide stellar binary system where the almost twin components XO-2N and XO-2S have planets. This stimulated a detailed characterization study of the stellar and planetary components based on new observations. We collected high-resolution spectra with the HARPS-N spectrograph and multi-band light curves. Spectral analysis led to an accurate determination of the stellar atmospheric parameters and characterization of the stellar activity. We collected 14 transit light curves of XO-2Nb used to improve the transit parameters. Photometry provided accurate magnitude differences between the stars and a measure of their rotation periods. The iron abundance of XO-2N was found to be +0.054 dex greater, within more than 3-sigma, than that of XO-2S. We confirm a long-term variation in the radial velocities of XO-2N, and we detected a turn-over with respect to previous measurements. We suggest the presence of a second massive companion in an outer orbit or the stellar activity cycle as possible causes of the observed acceleration. The latter explanation seems more plausible with the present dataset. We obtained an accurate value of the projected spin-orbit angle for the XO-2N system (lambda=7+/-11 degrees), and estimated the real 3-D spin-orbit angle (psi=27 +12/-27 degrees). We measured the XO-2 rotation periods, and found a value of P=41.6 days in the case of XO-2N, in excellent agreement with the predictions. The period of XO-2S appears shorter, with an ambiguity between 26 and 34.5 days that we cannot solve with the present dataset alone. XO-2N appears to be more active than the companion, and this could be due to the fact that we sampled different phases of their activity cycle, or to an interaction between XO-2N and its hot Jupiter that we could not confirm.

研究の動機と目的

• XO-2連星系の物理的および軌道的性質を調査し、惑星系の多様性を理解すること。
• XO-2Nに観測された長期的径速度変動の原因を解明すること。これは外側の補助星の存在か、星の活動性に起因する可能性がある。
• 星のスピン-軌道角および自転周期を高精度に測定すること、特にその惑星同伴の文脈において。
• 星の活動レベルを特徴づけ、径速度測定および惑星系の進化に与える影響を検討すること。

提案手法

• Telescopio Nazionale Galileoに搭載されたHARPS-Nを用いた高分解能分光法により、径速度および星の大気パラメータを測定した。
• クロス相関関数およびチャンクロスフィア的活動指数R′HKのスペクトル解析により、星の活動レベルを評価した。
• XO-2Nbの14個の食通過光曲線を分析し、半径、質量、軌道傾きなどの惑星パラメータを精緻化した。
• Rossiter-McLaughlin効果のモデリングにより、投影スピン-軌道角λを制約した。
• R′HK活動指数と径速度残差をクロス相関させ、活動性に起因する速度傾向の有無を検証した。
• 光度測定光曲線およびスペクトル線の非対称性指標を用いて、星の自転周期を決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XO-2Nに観測された長期的径速度傾向の原因は何か。外側の補助星の存在か、星の活動性に起因するのか。
• RQ2 投影角λが与えられたもとで、XO-2Nb系の真の三次元スピン-軌道角ψは何か。
• RQ3 XO-2NとXO-2Sというほぼ同一の星である二重星の鉄の質量関数はどのように比較されるか。これは星の形成に何を示唆するか。
• RQ4 ホット・ジュピターであるXO-2Nbは、その母星の磁気活動にどの程度影響を与えているか。
• RQ5 XO-2NおよびXO-2Sの自転周期は、星の進化モデルの予測と整合しているか。

主な発見

• XO-2Nの鉄の質量関数はXO-2Sよりも+0.054 dex高いが、有意水準は3σを超え、二重星間で顕著な化学的差異が存在することが示された。
• XO-2Nに長期的径速度傾向が確認され、RV残差とR′HK活動指数との間に顕著な正の相関が観測された。これは、変動が外側の補助星ではなく、星の活動性に起因していることを示唆している。
• XO-2Nbの投影スピン-軌道角はλ = 7° ± 11°と測定され、システムがおそらく整列していることが示された。真の3次元角ψの90%上限は39°である。
• XO-2Nの自転周期は41.6 ± 1.1日と測定され、質量と年齢に基づく理論的予測と良好に一致した。
• XO-2Sは26日または34.5日の自転周期を示唆しているが、現在のデータではその曇りが解消されていない。
• 観測期間中、XO-2NはXO-2Sよりも高い活動レベルを示しており、これは活動周期の異なる段階またはホット・ジュピターとの相互作用に起因する可能性がある。