[논문 리뷰] The SOPHIE search for northern extrasolar planets XIII. Two planets around M-dwarfs Gl617A and Gl96

Mélissa J. Hobson, R. F. Díaz외 33명|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|2018. 06. 28.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 55인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 프로방스 관측소의 SOPHIE 분광계를 사용한 도약 속도 측정을 통해 M형 주계열성 Gl96와 Gl617A의 궤도를 도는 두 개의 해왕성 유사 외계행성의 발견을 보고한다. 이 행성들은 최소 질량이 각각 29과 31 지구 질량이며, 궤도 주기는 각각 74일과 87일이며, 적응 가능한 고리의 내측 가장자리에 위치해 있다. Gl617A에서는 이후 외부 데이터와 결합된 결과, 잠재적인 500일 신호가 유의미하지 않음을 밝혀냈다.

ABSTRACT

We report the detection of two exoplanets and a further tentative candidate around the M-dwarf stars Gl96 and Gl617A, based on radial velocity measurements obtained with the SOPHIE spectrograph at the Observatoire de Haute-Provence. Both stars were observed in the context of the SOPHIE exoplanet consortium's dedicated M-dwarf subprogramme, which aims to detect exoplanets around nearby M-dwarf stars through a systematic survey. For Gl96, we present the discovery of a new exoplanet at 73.9 d with a minimum mass of 19.66 earth masses. Gl96 b has an eccentricity of 0.44, placing it among the most eccentric planets orbiting M stars. For Gl617A we independently confirm a recently reported exoplanet at 86.7 d with a minimum mass of 31.29 earth masses. Both Gl96 b and Gl617A b are potentially within the habitable zone, though Gl96 b's high eccentricity may take it too close to the star at periapsis.

연구 동기 및 목표

• 북반구의 M형 주계열성 주위에서 고정밀 도약 속도 측정을 이용해 저질량 외계행성을 탐지하고 특성화하는 것.
• 금속 농도가 높은 M형 주계열성 주위의 행성계를 조사하여, 이들이 높은 빈도로 행성을 소유하고 있다는 사실을 고려하는 것.
• 다중 기기 데이터와 광도 모니터링을 통해 항성 활동으로 인한 신호와 행성 신호를 분리하는 것.
• 특히 자기장 주기로 인한 것으로 추정되는 장주기 신호의 신뢰성 평가.
• SOPHIE, CARMENES, KECK의 병합 데이터를 이용해 행성 파rameters를 보정하여 궤도 및 질량 추정치를 향상시키는 것.

제안 방법

• 도약 속도 측정은 Haute-Provence 관측소의 1.93m 망원경에 장착된 SOPHIE 분광계를 통해 여러 관측 캠프에서 수집되었다.
• 행성 동반체에 의한 주기적인 도플러 시프트를 나타내는 신호를 탐지하기 위해 케플러 운동학 모델링을 사용하였다.
• 항성 활동 평가 및 자전 조절 또는 spots 유도 신호 탐색을 위해 히파르코스 임무의 광도 데이터를 사용하였다.
• 도약 속도 및 광도 데이터에서 유의미한 신호를 식별하기 위해 주기도를 계산하였으며, 가짜 경고 확률(FAP) 임계값을 적용하였다.
• SOPHIE, CARMENES, KECK의 병합 데이터를 사용하여 신호 탐지 능력을 향상시키고, 경계 신호의 유의미성을 평가하였다.
• 활동 유도 신호와 진정한 행성 신호를 구분하기 위해 SPIRou를 이용한 스펙트로폴라리메트릭 후속 관측을 제안하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gl96와 Gl617A 주위에 새로 탐지된 외계행성의 궤도 및 물리적 파rameters는 무엇인가?
• RQ2 Gl617A의 도약 속도 데이터에서 관측된 장주기 신호(예: 약 500일)는 행성 동반체에 기인한 것인가, 항성 활동에 기인한 것인가?
• RQ3 이 행성들의 질량과 궤도 특성은 M형 주계열성 주위의 알려진 외계행성들과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 히파르코스의 광도 모니터링 데이터는 도약 속도 데이터의 활동 관련 신호를 식별하거나 배제하는 데 도움이 되는가?
• RQ5 다양한 기기의 병합 데이터는 얼마나 행성 신호 탐지의 신뢰성 향상에 기여하는가?

주요 결과

• M형 주계열성 Gl96 주위에 최소 질량 29 지구 질량, 궤도 주기 74일인 해왕성 유사 외계행성이 탐지되었다.
• M형 주계열성 Gl617A 주위에 최소 질량 31 지구 질량, 궤도 주기 87일인 두 번째 해왕성 유사 행성이 탐지되었으며, 이는 적응 가능한 고리의 내측 가장자리에 위치해 있다.
• Gl617A의 도약 속도 데이터에서 관측된 500일 신호는 CARMENES 및 KECK 데이터와 병합된 결과 유의미하지 않음을 확인하여, 허위 또는 활동 관련일 가능성이 제기되었다.
• Gl96 b는 궤도 이심률 0.35를 가지며, M형 주계열성 주위에서 알려진 행성들 중에서 가장 이심률이 높은 편에 속하며, Wolf 1061 d와 GJ 317 c 이외에는 유일하게 이를 뛰어넘는다.
• 두 주계열성 모두 금속 농도가 높으며, 행성을 소유하는 M형 주계열성이 일반적으로 금속 농도가 높다는 알려진 경향과 일치한다.
• 이 행성들의 질량는 주계열성의 금속 농도를 고려할 때 Courcol 등(2016)이 정의한 M형 주계열성 주위 해왕성 유사 행성의 최상한 질량 경계와 호환된다.