[論文レビュー] The HARPS search for southern extra-solar planets: XXVI: Seven new planetary systems

C. Moutou, M. Mayor+11 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用数 32

ひとこと要約

この論文は、ESO 3.6 m望遠鏡に搭載されたHARPS機器を用いた径速度測定から、7つの新しい太陽系外惑星系の発見を報告している。質量が0.3〜29 M_Jupで、公転周期が0.7〜10年である巨大惑星が検出されたが、主に金属量が低い星の周りに存在しており、また、以前は惑星信号と誤認されていた2つのシステムで星の活動周期が特定された。

ABSTRACT

We are conducting a planet search survey with HARPS since seven years. The volume-limited stellar sample includes all F2 to M0 main-sequence stars within 57.5 pc, where extrasolar planetary signatures are systematically searched for with the radial-velocity technics. In this paper, we report the discovery of new substellar companions of seven main-sequence stars and one giant star, detected through multiple Doppler measurements with the instrument HARPS installed on the ESO 3.6m telescope, La Silla, Chile. These extrasolar planets orbit the stars HD 1690, HD 25171, HD 33473A, HD 89839, HD 113538, HD 167677 and HD 217686. The already-published giant planet around HD 72659 is also analysed here, and its elements are better determined by the addition of HARPS and Keck data. The other discoveries are giant planets in distant orbits, ranging from 0.3 to 29 MJup, in mass and between 0.7 and 10 years in orbital period. The low metallicity of most of these new planet-hosting stars reinforces the current trend for long-distance planets around metal-poor stars. Long-term radial-velocity surveys allow probing the outskirts of extrasolar planetary systems, although confidence in the solution may be low until more than one orbital period is fully covered by the observations. For many systems discussed in this paper, longer baselines are necessary to refine the radial-velocity fit and derive planetary parameters. The radial-velocity time series of stars BD -114672 and HIP 21934 are also analysed and their behaviour interpreted in terms of the activity cycle of the star, rather than long-period planetary companions.

研究の動機と目的

• 高精度な径速度測定を用いて、新しい太陽系外惑星系を同定・特徴づけること。
• 57.5 pc圏内の体積制限付きサンプルにおいて、金属量が低い星の周りに長期間の巨大惑星が存在するかを調査すること。
• 径速度時間系列において、惑星信号と星の磁気活動周期を区別すること。
• 既知のシステムについてHARPSとKeckデータを統合することで、軌道パラメータの決定を改善すること。
• 特に長期間の惑星に対して、軌道カバレッジが不完全な場合の径速度解の信頼性を評価すること。

提案手法

• HARPSスペクトログラフを用いて、57.5 pc圏内のF2〜M0型の主系列星11個に対して径速度測定を実施した。
• Fe IおよびFe II線の等価幅を用い、MOOGコードとKuruczモデル大気を用いて、星のパラメータ（T_eff、log g、[Fe/H]）を推定した。
• 理論的進化曲線を用いたベイズ解析により、光度と効果的温度に基づいて星の質量、半径、年齢を推定した。
• クロス相関関数の幅とコントラストから、投影回転速度を測定し、log R′_HKを用いて活動レベルを評価した。
• 径速度時間系列にケプラー軌道モデルをフィットさせ、惑星の同伴を検出する。モデルの品質を残差と自由度調整済みカイ二乗統計量で評価した。
• 長期的な傾向やドリフトを評価し、惑星信号と星の磁気活動周期を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 57.5 pc圏内のF2〜M0型主系列星に対してHARPS径速度調査で検出可能な惑星系は何か？
• RQ2 新たに検出された惑星の軌道パラメータおよび質量は、星の金属量とどのように相関するか？
• RQ3 軌道カバレッジが不完全な場合、長期間の惑星信号をどれくらい信頼性を持って検出できるか？
• RQ4 長期間の径速度変動が、惑星の影響ではなく星の活動周期に起因する可能性はどれくらいか？
• RQ5 HARPSとKeckデータを統合することで、HD 72659 bのような既知の惑星の軌道解がどのように改善されるか？

主な発見

• 7つの新しい惑星系が発見された：HD 1690 b、HD 25171 b、HD 33473A b、HD 89839 b、HD 113538 bおよびc、HD 167677 b、HD 217786 b。すべての質量は0.3〜29 M_Jupの間であった。
• 新規に検出された惑星の公転周期は、0.7年（HD 113538 b）から10年（HD 217786 b）の範囲にあり、HD 167677 bの周期は1814日であった。
• HD 72659 bの径速度解は、HARPSとKeckデータを統合して精緻化され、自由度調整済みカイ二乗統計量が1.6、残差ノイズが29 m/sのより正確な軌道解が得られた。
• HD 113538は2惑星系として確認され、公転周期は263.3日（b）および1657日（c）で、質量はそれぞれ0.27 M_Jupおよび0.71 M_Jupであった。
• BD -114672およびHIP 21934の径速度変動は、星の活動周期によって最もよく説明された。それぞれのlog R′_HK値は-4.99および-4.86であった。
• これらのシステムは、金属量が低い星の周りに長期間の惑星が存在する傾向を示しており、[Fe/H]値は-0.29から+0.025の範囲にあり、低金属量環境における惑星形成の現在の理解を裏付けた。