[论文解读] The Solar Twin Planet Search. V. Close-in, low-mass planet candidates and evidence of planet accretion in the solar twin HIP 68468

J. Meléndez, Megan Bedell+15 more|Americanae (AECID Library)|Oct 28, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 80被引用 28

一句话总结

本研究通过径向速度探测到围绕类太阳恒星HIP 68468的两颗低质量行星候选体：一颗最小质量为26 ± 4个地球质量的超级海王星，轨道半长轴为0.66 AU；另一颗最小质量为2.9 ± 0.8个地球质量的超级类地行星，轨道半长轴为0.03 AU。该恒星的难熔元素增强以及异常高的锂同位素丰度，表明其过去可能吸积了一颗类地行星（约6个地球质量），为类似太阳系的系统中行星迁移与内部星子物质处理提供了有力证据。

ABSTRACT

[Methods]. We obtained high-precision radial velocities with HARPS on the ESO 3.6 m telescope and determined precise stellar elemental abundances (~0.01 dex) using MIKE spectra on the Magellan 6.5m telescope. [Results]. Our data indicate the presence of a planet with a minimum mass of 26 Earth masses around the solar twin HIP 68468. The planet is a super-Neptune, but unlike the distant Neptune in our solar system (30 AU), HIP 68468c is close-in, with a semi-major axis of 0.66 AU, similar to that of Venus. The data also suggest the presence of a super-Earth with a minimum mass of 2.9 Earth masses at 0.03 AU; if the planet is confirmed, it will be the fifth least massive radial velocity planet discovery to date and the first super-Earth around a solar twin. Both isochrones (5.9 Gyr) and the abundance ratio [Y/Mg] (6.4 Gyr) indicate an age of about 6 billion years. The star is enhanced in refractory elements when compared to the Sun, and the refractory enrichment is even stronger after corrections for Galactic chemical evolution. We determined a NLTE Li abundance of 1.52 dex, which is four times higher than what would be expected for the age of HIP 68468. The older age is also supported by the low log(R'HK) (-5.05) and low jitter. Engulfment of a rocky planet of 6 Earth masses can explain the enhancement in both lithium and the refractory elements. [Conclusions]. The super-Neptune planet candidate is too massive for in situ formation, and therefore its current location is most likely the result of planet migration that could also have driven other planets towards its host star, enhancing thus the abundance of lithium and refractory elements in HIP 68468. The intriguing evidence of planet accretion warrants further observations to verify the existence of the planets that are indicated by our data and to better constrain the nature of the planetary system around this unique star.

研究动机与目标

• 研究高精度元素丰度与径向速度测量下类太阳恒星的行星-恒星化学关联。
• 确定行星系统结构是否与恒星化学成分相关，特别是在金属丰度接近太阳的恒星中。
• 检验行星迁移与吸积事件是否在宿主恒星中留下可测量的化学痕迹。
• 识别并表征类太阳恒星周围的低质量行星，以作为研究行星系统形成与演化机制的理想对象。
• 评估行星吞噬在解释古老类太阳恒星中异常元素丰度（尤其是锂与难熔元素）中的作用。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台3.6米望远镜上的HARPS光谱仪获取高精度径向速度测量，精度达1 m s⁻¹。
• 利用麦哲伦6.5米望远镜上的MIKE光谱仪获取高分辨率光谱，测定恒星元素丰度，精度约为0.01 dex。
• 通过等离子体演化拟合（5.9 ± 0.4 Gyr）与[Y/Mg]丰度比（6.4 ± 0.8 Gyr）估算恒星年龄，二者均与约60亿年的年龄一致。
• 非局部热动平衡（non-LTE）条件下测得锂同位素丰度为1.52 ± 0.03 dex，显著高于60亿年恒星的预期值。
• 对难熔元素增强进行银河化学演化校正，以分离出恒星本身的内在富集效应。
• 通过开普勒轨道拟合对径向速度数据建模行星信号，并利用周期图分析评估其统计显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在类太阳恒星中，内侧行星的存在是否与难熔元素丰度增强相关？
• RQ2 HIP 68468中异常高的锂同位素丰度是否可由行星吸积而非恒星自身演化过程解释？
• RQ3 HIP 68468中观测到的化学异常的起源是什么？其与行星系统结构有何关联？
• RQ4 位于0.66 AU处的超级海王星候选体是否与原位形成一致，还是其质量暗示了迁移过程？
• RQ5 HIP 68468中观测到的元素丰度模式是否可由约6个地球质量的类地行星吞噬事件解释？

主要发现

• 一颗最小质量为26 ± 4个地球质量的超级海王星候选体围绕HIP 68468运行，轨道半长轴为0.66 AU，与金星轨道相似。
• 一颗最小质量为2.9 ± 0.8个地球质量的超级类地行星候选体在0.03 AU处被探测到，是迄今径向速度探测中质量第五小的行星候选体，也是首颗在类太阳恒星中发现的超级类地行星。
• 通过等离子体演化拟合与[Y/Mg]丰度比估算，该恒星年龄约为60亿年，二者结果一致，表明其为一个平静且古老的系统。
• 锂同位素丰度（1.52 ± 0.03 dex）比60亿年恒星的预期值高出四倍，表明其表面存在异常富集。
• HIP 68468中难熔元素丰度增强，且在扣除银河化学演化影响后仍保持增强，表明存在内部处理过程。
• 锂与难熔元素的联合增强最可能由一颗约6个地球质量的类地行星吸积事件解释，与行星吞噬的理论模型一致。