[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets. IX. mu Ara, a system with four planets

F. Pepe, A. C. M. Correia+14 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用数 70

ひとこと要約

本論文は、ESO 3.6 m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を用いた高精度径速度測定を用い、恒星mu Araの周囲に4つの惑星からなる系の発見と完全な軌道的特徴付けを報告する。既知の3つの惑星（b, c, d）の存在を確認するとともに、以前は制約のないままだった第4の補助天体mu Ara eを同定し、周期が約4206日、質量が1.81 M_Jupであることを特定。長年の径速度分散問題を解決する、動的に安定な4惑星系の解が得られた。

ABSTRACT

The mu Ara planetary system is rather complex: It contains two already known planets, mu Ara b with P=640 days and mu Ara c with P=9.64 days, and a third companion on a wide but still poorly defined orbit. Even with three planets in the system, the data points keep anomalously high dispersion around the fitted solution. The high residuals are only partially due to the strong p-mode oscillations of the host star. We have therefore studied in this paper the possible presence of a fourth planet in the system. During the past years we have carried out additional and extremely precise radial-velocity measurements with the HARPS spectrograph. We provide in this paper a full orbital solution of the planetary system around mu Ara. It turns out to be the second system known to harbor 4 planetary companions. Thanks to the new data points acquired with HARPS we can confirm the presence of mu Ara c at P=9.64 days, which produces a coherent RV signal over more than two years. The new orbital fit sets the mass of mu Ara c to 10.5 M_Earth. Furthermore, we present the discovery of mu Ara d, a new planet on an almost circular 310 days-period and with a mass of 0.52 M_Jup. Finally, we give completely new orbital parameters for the longest-period planet, mu Ara e. It is the first time that this companion is constrained by radial-velocity data into a dynamical stable orbit, which leaves no doubt about its planetary nature. (Abridged).

研究の動機と目的

• mu Ara系における既知の惑星同伴が存在するにもかかわらず、異常に高い径速度残差が生じる理由を解明すること。
• 観測された径速度分散が星の脈動に起因するのか、それとも追加の惑星同伴の存在によるものなのかを特定すること。
• この系に存在する4つの惑星同伴すべてについて、動的に安定で完全に制約された軌道解を提供すること。
• 動的安定性と観測的基準に基づき、未だよく特徴付けられていない新規発見惑星に対して標準化された命名規則を確立すること。

提案手法

• 8.5年間の基準期間にわたり、ESO 3.6 m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を用いて高精度径速度測定を取得した。
• 複雑で多次元的な4惑星軌道フィットのパラメータ空間を探索するため、Stakanofソフトウェアと最適化された遺伝的アルゴリズムを適用した。
• 長期間にわたる高密度径速度データを活用し、全4つの惑星、特に外側の補助天体の軌道パラメータを制約した。
• 最終的な軌道解の妥当性を検証するため、動的安定性のチェックを実施した。
• パラメータの制約を強化するため、過去の機器（UCLESおよびCORALIE）のデータを統合した。
• 一時的な軌道フィットではなく、発見順序と動的安定性に基づく命名戦略を採用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 mu Ara系における高い径速度分散は、星の脈動に起因するのか、それとも追加の惑星同伴の存在によるものなのか？
• RQ2 延長されたHARPS径速度データセットから、安定な4惑星軌道解を導出できるか？
• RQ3 mu Ara系に存在する4つの惑星同伴の精密化された軌道パラメータと最小質量は何か？
• RQ4 動的安定性とデータ品質に基づき、一貫性があり頑健な命名規則を、未だよく特徴付けられていない新規発見惑星に対して確立できるか？

主な発見

• 171点のデータで重み付きrmsが1.75 m s⁻¹であるHARPSの径速度データは、310.6日周期の軌道上にあり、最小質量が0.52 M_Jupの第4の惑星mu Ara dの存在を確認した。
• Neptune質量の惑星mu Ara cは、周期が9.64日に精密化され、最小質量が10.5 M_⊕に確定した。
• 長周期補助天体mu Ara eは、おそらく4206日周期、最小質量1.81 M_Jupに制約され、動的に安定な軌道をとっていることが判明した。
• この系は今や完全に特徴付けられた安定な4惑星系となり、以前に説明がつかなかった速度分散の問題が解決された。
• 残差散らつみが低いため、第5の補助天体の顕著な証拠は観測されなかった。
• 本研究では、動的安定性とデータ品質に基づき、一時的な軌道フィットではなく、標準化された命名規則を新規惑星発見に提案した。