[论文解读] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXV. Super-Earths around the M-dwarf neighbors Gl433 and Gl667C

X. Delfosse, X. Bonfıls+12 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|Feb 11, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 90被引用 58

一句话总结

本文利用HARPS数据对M型矮星Gl 433和Gl 667C进行了详细的径向速度分析，确认了三颗超级地球的存在，其中包括位于其恒星宜居带内的Gl 667Cc——一颗质量为4.25 M⊕的行星，接收到的恒星能量比地球少10%。该研究证实，无论恒星金属量如何，超级地球在M型矮星周围都很常见，凸显Gl 667Cc作为未来宜居性和凌星研究的优先目标的重要性。

ABSTRACT

M dwarfs have been found to often have super-Earth planets with short orbital periods. Such stars are thus preferential targets in searches for rocky or ocean planets in the solar neighbourhood. In a recent paper (Bonfils et al. 2011), we announced the discovery of respectively 1 and 2 low mass planets around the M1.5V stars Gl433 and Gl667C. We found those planets with the HARPS spectrograph on the ESO~3.6-m telescope at La Silla Observatory, from observations obtained during the Guaranteed Time Observing program of that instrument. We have obtained additional HARPS observations of those two stars, for a total of respectively 67 and 179 Radial Velocity measurements for Gl433 and Gl667C, and present here an orbital analysis of those extended data sets and our main conclusion about both planetary systems. One of the three planets, Gl667Cc, has a mass of only M2.sin(i)~4.25 M_earth and orbits in the central habitable zone of its host star. It receives just 10% less stellar energy from Gl667C than the Earth receives from the Sun. However planet evolution in habitable zone can be very different if the host star is a M dwarf or a solar-like star, without necessarily questioning the presence of water. The two other planets, Gl433b and Gl667Cb, both have M2.sin(i) of ~5.5 M_earth and periods of ~7 days. The Radial Velocity measurements of both stars contain longer time scale signals, which we fit as longer period Keplerians. For Gl433 that signal probably originates in a Magnetic Cycle, while a longer time span will be needed to conclude for Gl667C. The metallicity of Gl433 is close to solar, while Gl667C is metal poor with [Fe/H] ~ -0.6. This reinforces the recent conclusion that the occurence of Super-Earth planets does not strongly correlate with stellar metallicity.

研究动机与目标

• 通过扩展的HARPS径向速度数据，精确测定Gl 433和Gl 667C的轨道参数并确认行星信号。
• 评估Gl 667Cc的宜居性潜力，该行星为位于其恒星宜居带内的超级地球。
• 研究恒星金属量在超级地球形成中的作用，特别是金属贫乏的M型矮星中的情况。
• 评估长期径向速度信号是否为恒星活动或额外行星的指示。
• 通过估算Gl 667Cc的2.5%凌星概率，为未来的光变曲线凌星搜寻提供支持。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台La Silla天文台的ESO 3.6米望远镜上的HARPS光谱仪，在多个观测周期内获取径向速度测量数据。
• 通过开普勒轨道模型拟合径向速度曲线，结合虚假警报概率分析以确认行星信号。
• 将恒星活动信号建模为长期变化，Gl 433的信号归因于磁周期，而Gl 667C的信号尚需更长基线才能确认。
• 测量恒星金属量（[Fe/H]），以评估其与超级地球出现率的相关性，Gl 433的金属量为-0.2，Gl 667C为-0.6。
• 基于恒星光度和有效温度计算宜居带，Gl 667Cc接收到的恒星辐射通量为地球的90%。
• 基于轨道倾角和恒星半径估算Gl 667Cc的凌星概率为2.5%。

实验结果

研究问题

• RQ1 扩展的HARPS数据集是否以更高的轨道精度确认了Gl 433和Gl 667C周围超级地球的存在？
• RQ2 Gl 667Cc是否位于宜居带内，且具备维持液态水的潜力？
• RQ3 低金属量的M型矮星是否能形成超级地球，从而挑战已知的金属量-行星相关性？
• RQ4 Gl 433和Gl 667C的长期径向速度变化由何引起，是恒星活动还是额外行星所致？
• RQ5 Gl 667Cc发生凌星的可能性有多大，如何利用该特性进行大气特征研究？

主要发现

• Gl 667Cc是一颗质量为4.25 M⊕的超级地球，围绕其M1.5V型主星的宜居带运行，接收到的恒星辐射通量为地球的90%。
• 该行星Gl 667Cc的最小质量为4.25 M⊕，公转周期约为42.6天，位于宜居带的中心区域。
• 另外两颗行星Gl 433b和Gl 667Cb的最小质量均为约5.5 M⊕，公转周期约为7天。
• 恒星金属量与超级地球出现率之间无显著相关性，因为Gl 667C虽为金属贫乏星（[Fe/H] ≈ -0.6），却拥有两颗超级地球。
• Gl 433的长期径向速度变化可能源于磁周期，而Gl 667C的信号在缺乏更长基线的情况下仍不明确。
• Gl 667Cc的凌星概率为2.5%，使其成为后续光变曲线凌星监测的高优先级目标。