[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets. XVII. Super-Earth and Neptune-mass planets in multiple planet systems HD47186 and HD181433

F. Bouchy, M. Mayor+9 more|ArXiv.org|Dec 9, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用数 398

ひとこと要約

この論文は、ハーパス分光計を用いた径速度測定から、太陽型の星HD 47186およびHD 181433の周囲に二つの多重惑星系が発見されたと報告している。HD 47186系では、熱いネプチューン（22.78 M⊕）と木星質量の惑星（0.35 M_J）が同定され、HD 181433系では、スーパーアース（7.5 M⊕）に加え、質量が0.64および0.54 M_Jの2つの巨大惑星が検出された。これらは、多重系における低質量惑星の広がりを裏付け、中程度の移動を伴うコア蓄積モデルを支持する。

ABSTRACT

This paper reports on the detection of two new multiple planet systems around solar-like stars HD47186 and HD181433. The first system includes a hot Neptune of 22.78 M_Earth at 4.08-days period and a Saturn of 0.35 M_Jup at 3.7-years period. The second system includes a Super-Earth of 7.5 M_Earth at 9.4-days period, a 0.64 M$_Jup at 2.6-years period as well as a third companion of 0.54 M_Jup with a period of about 6 years. These detections increase to 20 the number of close-in low-mass exoplanets (below 0.1 M_Jup) and strengthen the fact that 80% of these planets are in a multiple planetary systems.

研究の動機と目的

• 高精度な径速度測定を用いて、多重惑星系における低質量系外惑星を検出し、特徴を明らかにすること。
• 巨大惑星を伴う系における、近軌道の低質量惑星の構造と形成経路を調査すること。
• 星の金属量と原始惑星環の質量が、惑星系構造に与える影響を評価すること。
• 近軌道の低質量系外惑星のうち、多重惑星系に属する割合を評価すること。
• コア蓄積モデルの予測を、観測された惑星質量および公軌道周期分布と照らし合わせて検証すること。

提案手法

• 高精度な径速度測定は、ラ・シリヤ観測所に設置された3.6メートルESA望遠鏡に搭載されたハーパス分光計を用いて実施された。
• HD 47186およびHD 181433の両方について、それぞれ4年以上にわたり66および107回の径速度測定が行われ、1ピクセルあたりのS/N比は80～250の範囲であった。
• 径速度はハーパスパイプラインを用いて導出され、HD 47186では0.3～0.6 m s⁻¹、HD 181433では0.4～1.0 m s⁻¹の不確実性を示した。
• 複数の惑星信号、特に長周期の同伴を検出するために、繰り返しフィッティングによる軌道解を導出した。
• 高分解能のハーパススペクトルから、星の質量、温度、金属量、回転周期といったパラメータを決定した。
• 観測戦略とデータ還元技術を慎重に適用することで、星の活動性および地震的ノイズの影響を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 47186およびHD 181433の周囲の多重惑星系の軌道的構造はいかなるものか？
• RQ2 検出された惑星の質量と公軌道周期は、コア蓄積モデルおよび重力不安定モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ3 近軌道の低質量惑星のうち、何パーセントが多重惑星系に属しており、これは形成理論にどのような影響を及えるか？
• RQ4 星の金属量と複数の低質量惑星の存在との間に相関があるか？
• RQ5 これらの系における内側の低質量惑星の現在の位置を説明するには、どのような移動機構が関与していると考えられるか？

主な発見

• HD 47186系には、質量22.78 M⊕、公軌道周期4.08日の中程度の熱いネプチューンが存在し、加えて3.7年周期の木星質量惑星（0.35 M_J）が存在する。
• HD 181433系には、質量7.5 M⊕、公軌道周期9.4日の中程度のスーパーアースが存在し、2.6年周期に0.64 M_Jの惑星、6年周期に0.54 M_Jの第三の同伴が存在する。
• これらの検出により、0.1 M_J未満の近軌道低質量系外惑星の総数は20に達し、そのうち80％が多重惑星系に属している。
• 観測された二峰性の質量分布（巨大惑星と低質量惑星）は、特に中程度の原始惑星環質量と移動を伴うコア蓄積モデルの予測と一致する。
• 星の超太陽系金属量（[Fe/H] = 0.23および0.33）は、コア蓄積モデルを支持しており、金属量が高い星は巨大惑星および低質量惑星の両方を形成しやすいとされる。
• HD 47186の質量の大きな熱いネプチューンは、その小さな半長径に十分な物質が存在しないため、現地形成（in-situ formation）は不自然であり、移動が主要因であったと考えられる。