[论文解读] The SOPHIE search for northern extrasolar planets: VI. Three new hot Jupiters in multi-planet extrasolar systems

C. Moutou, G. Hébrard+22 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 38被引用 33

一句话总结

本论文通过在法国上普罗旺斯天文台1.93米望远镜上使用SOPHIE光谱仪进行的高精度径向速度测量，发现了三个新的热木星——HD 13908 b、HD 159243 b 和 HIP 91258 b——它们位于多行星系统中。关键结果是识别出三个系统，其内部存在热木星（轨道周期 <20 天，质量 ~1 MJup），并拥有更高质量的外侧行星，为多行星巨行星系统的形成与动力学演化提供了新见解。

ABSTRACT

We present high-precision radial-velocity measurements of three solar-type stars: HD 13908, HD 159243, and HIP 91258. The observations were made with the SOPHIE spectrograph at the 1.93-m telescope of Observatoire de Haute-Provence (France). They show that these three bright stars host exoplanetary systems composed of at least two companions. HD 13908 b is a planet with a minimum mass of 0.865+-0.035 Mjup, on a circular orbit with a period of 19.382+-0.006 days. There is an outer massive companion in the system with a period of 931+-17 days, e = 0.12+-0.02, and a minimum mass of 5.13+-0.25 Mjup. The star HD 159243, also has two detected companions with respective masses, periods, and eccentricities of Mp = 1.13+-0.05 and 1.9+-0.13 Mjup, $P$ = 12.620+-0.004 and 248.4+-4.9 days, and e = 0.02+-0.02 and 0.075+-0.05. Finally, the star HIP 91258 has a planetary companion with a minimum mass of 1.068+-0.038 Mjup, an orbital period of 5.0505+-0.0015 days, and a quadratic trend indicating an outer planetary or stellar companion that is as yet uncharacterized. The planet-hosting stars HD 13908, HD 159243, and HIP 91258 are main-sequence stars of spectral types F8V, G0V, and G5V, respectively, with moderate activity levels. HIP 91258 is slightly over-metallic, while the two other stars have solar-like metallicity. The three systems are discussed in the frame of formation and dynamical evolution models of systems composed of several giant planets.

研究动机与目标

• 利用高精度径向速度测量检测并表征多行星系统中的低质量与巨行星。
• 研究在存在额外大质量伴星的系统中热木星的频率与轨道构型。
• 研究包含巨行星的多行星系统的动力学演化与形成路径。
• 改善对热木星发生率及其宿主恒星属性的统计理解。
• 通过长期监测明亮、活跃且金属丰度较高的恒星，约束行星系统构型。

提出的方法

• 使用法国上普罗旺斯天文台1.93米望远镜上的SOPHIE光谱仪获取高精度径向速度测量数据。
• 采用开普勒轨道拟合方法分析径向速度数据，以探测行星信号并确定轨道参数。
• 为每个系统中的多个伴星推导轨道解，包括轨道周期、偏心率和最小质量（Mpsin i）。
• 通过高分辨率光谱和光度测量确定恒星参数，包括光谱型、金属丰度和活动水平。
• HIP 91258的径向速度残差中存在二次趋势，表明可能存在尚未表征的外侧行星。
• 利用双曲线跨度和其他诊断工具评估系统噪声和恒星活动，以验证行星信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有更高质量外侧行星的多行星系统中，热木星的频率如何？
• RQ2 包含热木星的多行星系统的轨道构型与单行星系统相比有何异同？
• RQ3 观测到的系统对巨行星形成与迁移模型有何约束？
• RQ4 恒星金属丰度与活动水平是否与多个巨行星的存在相关？
• RQ5 长期径向速度监测能否在内层存在热木星的系统中探测到外侧行星？

主要发现

• HD 13908 b 是一颗热木星，其最小质量为 0.865 ± 0.035 MJup，轨道周期为 19.382 ± 0.006 天，轨道为圆形。
• 该系统还包含一颗更高质量的外侧行星，其最小质量为 5.13 ± 0.25 MJup，轨道周期为 931 ± 17 天，偏心率为 0.12 ± 0.02。
• HD 159243 系统包含两颗行星：一颗热木星质量为 1.13 ± 0.05 MJup，轨道周期为 12.620 ± 0.004 天；另一颗伴星质量为 1.9 ± 0.13 MJup，轨道周期为 248.4 ± 4.9 天。
• HIP 91258 系统包含一颗热木星，质量为 1.068 ± 0.038 MJup，轨道周期为 5.0505 ± 0.0015 天，其径向速度残差中存在二次趋势，表明可能存在外侧行星。
• 三颗宿主恒星——HD 13908（F8V）、HD 159243（G0V）和 HIP 91258（G5V）——表现出中等水平的活动性，金属丰度接近太阳或略有增强。
• 这些系统与巨行星在多行星构型中通过原位形成或迁移形成的模型一致。