[论文解读] A search for star-planet interactions in chromospheric lines

L. F. Lenz, A. Reiners+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 1

一句话总结

本研究通过高分辨率光谱观测钙II H&K和Hα线的色球层发射，调查了7颗具有大质量热木星的恒星-行星相互作用（SPI）。除HD 41004 AB双星系统外，未检测到与行星轨道周期相关的周期性发射；在该系统中，钙II K和Hα线的周期性变化表明M型矮星与其棕矮星伴星之间可能存在磁相互作用。

ABSTRACT

Massive planets in very close orbits around their central stars can induce so-called star-planet interactions (SPI), which may be of magnetic or gravitational nature. In both cases, SPI can potentially cause recurring chromospheric emission on the host star visible in Ca II H & K and/or H$\alpha$. The emission would be bound to the planetary orbit, not to the rotation period of the star. We searched for SPI in a sample of 7 stars with massive close-in planets using high-resolution spectroscopic data taken at HRS (HET) and FEROS (La Silla). We find no periodically recurring emission in the planet-hosting stars. In the case of HD 41004 AB, a binary system consisting of a K dwarf and an M dwarf, where the M dwarf is orbited by a brown dwarf companion, we find signs of cyclic variation in the Ca II K and H$\alpha$ emission lines that could be associated to interactions between the M dwarf and its companion. We present our first results of this interesting system that may become an important system for the understanding of SPI.

研究动机与目标

• 检测由恒星-行星相互作用（SPI）引起的主星周期性色球层发射，尤其关注大质量行星处于近距离轨道的系统。
• 通过在行星轨道周期而非恒星自转周期处搜索周期性，将SPI引起的发射与恒星自转调制区分开来。
• 研究磁性或引力SPI是否能在高分辨率光谱数据中产生可观测的色球层变异性。
• 针对HD 41004 AB双星系统（包含棕矮星伴星）检查是否存在由相互作用驱动的色球层变异性迹象。

提出的方法

• 利用霍比-艾伯利望远镜（HET）上的HRS仪器和拉西拉天文台的FEROS获取高分辨率光谱数据。
• 分析钙II H&K和Hα线的色球层发射线，检测与近轨道行星轨道周期一致的周期性变异性。
• 将观测到的发射变异性与恒星自转周期进行比较，以排除自转调制作为周期性来源的可能性。
• 因K型矮星与M型矮星组成且伴有一颗棕矮星的独特配置，重点研究HD 41004 AB系统。
• 采用时间序列光谱法，跟踪多个轨道周期内发射线流量的变化。
• 评估发射线轮廓和流量的周期性变化，以寻找由相互作用驱动的活动迹象。

实验结果

研究问题

• RQ1 恒星-行星相互作用是否能在钙II H&K和Hα线中产生可检测的、周期性重复的色球层发射？
• RQ2 在系外行星宿主恒星中观测到的色球层发射是否以行星轨道周期调制，而非恒星自转周期？
• RQ3 HD 41004 AB系统是否表现出与M型矮星与其棕矮星伴星之间磁相互作用一致的发射变异性？
• RQ4 高分辨率光谱能否检测到大质量行星或棕矮星在紧密轨道上系统的SPI特征？

主要发现

• 在7颗系外行星宿主恒星中，未在大质量热木星轨道周期处检测到周期性色球层发射。
• 在HD 41004 AB系统中，观测到钙II K和Hα发射线的周期性变化，提示可能存在由相互作用驱动的活动。
• HD 41004 AB中的周期性变异性与恒星自转周期不同步，支持其可能与棕矮星伴星轨道周期相关。
• HD 41004 AB中观测到的发射变化与磁性恒星-行星相互作用一致，尽管尚未得到确证。
• 该系统是研究棕矮星伴星参与的恒星-行星相互作用的有前途候选体。
• 其他系统中缺乏周期性信号表明，仅含大质量行星的系统中SPI可能较为稀少或微弱。