[論文レビュー] The Penn State - Toruń Centre for Astronomy Planet Search stars IV. Dwarfs and the complete sample

B. Deka-Szymankiewicz, A. Niedzielski+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、高分解能分光法およびGaia/ヒッパルコス視差を用いて、156個の矮星の大気的・物理的パラメータを決定し、451個の星の星のパラメータを精緻化することで、ペンン・ステート・トゥルン惑星探査（PTPS）サンプルの分光的特徴付けを完了した。全PTPSサンプルを132個の矮星、238個の準巨星、515個の巨星として一貫性のある最新の分類を確立し、1.5 M⊙を超える星が114個あり、銀河の厚いディスクおよびハローに顕著な集団が存在する。

ABSTRACT

Our knowledge of the intrinsic parameters of exoplanets is as precise as our determinations of their stellar hosts parameters. In the case of radial velocity searches for planets, stellar masses appear to be crucial. But before estimating stellar masses properly, detailed spectroscopic analysis is essential. With this paper we conclude a general spectroscopic description of the Pennsylvania-Torun Planet Search (PTPS) sample of stars. We aim at a detailed description of basic parameters of stars representing the complete PTPS sample. We present atmospheric and physical parameters for dwarf stars observed within the PTPS along with updated physical parameters for the remaining stars from this sample after the first Gaia data release. We used high resolution (R=60 000) and high signal-to-noise-ratio (S/N=150-250) spectra from the Hobby-Eberly Telescope and its High Resolution Spectrograph. Stellar atmospheric parameters were determined through a strictly spectroscopic local thermodynamic equilibrium analysis (LTE) of the equivalent widths of FeI and FeII lines. Stellar masses, ages, and luminosities were estimated through a Bayesian analysis of theoretical isochrones. We present $T_{eff}$, log$g$ , [Fe/H], micrturbulence velocities, absolute radial velocities, and rotational velocities for 156 stars from the dwarf sample of PTPS. For most of these stars these are the first determinations. We refine the definition of PTPS subsamples of stars (giants, subgiants, and dwarfs) and update the luminosity classes for all PTPS stars. Using available Gaia and Hipparcos parallaxes, we redetermine the stellar parameters (masses, radii, luminosities, and ages) for 451 PTPS stars. The complete PTPS sample of 885 stars is composed of 132 dwarfs, 238 subgiants, and 515 giants, of which the vast majority are of roughly solar mass.

研究の動機と目的

• 885個の星を対象とした、PTPSサンプル全体に対する包括的かつ一貫性のある分光的解析を提供すること。
• 156個の矮星に対して、初めての分光的決定を含め、正確な大気的パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]、微乱流、vsini、RV）を決定すること。
• 理論的等時線とGaia/Hipparcos視差を用いたベイズ解析により、451個のPTPS星の星の質量、半径、光度、年齢を更新すること。
• 一貫性のある分光的および天測的基準に基づき、光度クラスの再定義と標準化（矮星、準巨星、巨星）を実施すること。
• PTPSサンプルの銀河的分布および進化状態を特徴付け、とりわけ高質量星および金属不足星の割合を明らかにすること。

提案手法

• ホビーエーベリー望遠鏡およびその高分解能分光計（HRS）を用いて、高分解能（R = 60,000）かつ高信号対雑音比（S/N = 150–250）のスペクトルを取得した。
• 局所熱力学的平衡（LTE）解析を用いて、Fe IおよびFe II線の等価幅を分析し、大気的パラメータ（Teff、log g、[Fe/H]、微乱流、vsini、絶対的径運動速度）を導出した。
• 観測された星のパラメータと理論的等時線を一致させるためにベイズ推論を適用し、星の質量、半径、光度、年齢を推定した。
• Gaia初期データリリース2とヒッパルコス視差を組み合わせ、451個の星の距離および光度推定を改善した。
• 更新された分光的および天測的基準に基づき、全PTPS星を光度クラス（矮星、準巨星、巨星）に再分類した。
• SIMBADおよびNASA ADSを用いてクロス識別および文献照合を実施。Gaia DPACデータを処理し、天測的補正を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PTPSサンプルに含まれる156個の矮星の正確な大気的および物理的パラメータは何か。また、それらは以前の推定とどのように異なるか。
• RQ2 Gaiaおよびヒッパルコス視差を組み込むことで、451個のPTPS星の更新された星のパラメータ（質量、半径、光度、年齢）はどのように変化するか。
• RQ3 光度クラス（矮星、準巨星、巨星）に再分類されたPTPSサンプルの再分布は何か。この再分類は、惑星を有する星の集団の解釈にどのように影響するか。
• RQ4 PTPS星の何パーセントが銀河の厚いディスクまたはハローに属するか。他の惑星探査調査と比較するとどうか。
• RQ5 更新された星の分類およびパラメータ推定は、進化した星の周囲の惑星系の進化に関する理解にどのように影響するか。

主な発見

• 全PTPSサンプルは132個の矮星、238個の準巨星、515個の巨星から構成され、114個の星が質量1.5 M⊙を超えており、30個が2 M⊙を超える。
• PTPS星の29%が銀河の厚いディスクに属し、2%がハローに属しており、金属不足で遠方の星が顕著に存在し、他の惑星探査で通常ターゲットとされない星の集団であることが示された。
• 156個の矮星に対して、本論文は初めてTeff、log g、[Fe/H]、微乱流、vsini、絶対的径運動速度の分光的決定を提供した。
• 最終的な巨星サブサンプル（515個）には320個の赤クラスター巨星と195個の赤巨星分枝星が含まれており、21個の惑星系が検出された（うち20個が赤クラスターのサンプルに属する）。
• PTPSの巨星サンプルの惑星検出率は約4%であり、他の主要な調査（Lick K-巨星調査、EXPRESS、パンパシフィック惑星探査）と同等であり、将来的な統計的分析に有意義なサンプルであることを示している。
• Gaiaおよびヒッパルコス視差を用いた等時線のベイズ解析により、全サンプルにわたり星の質量、半径、光度、年齢推定の精度が顕著に向上した。