[论文解读] Extrasolar planets and brown dwarfs around A-F type stars. IV. A candidate brown dwarf around the A9V pulsating star HD180777

F. Galland, A.‐M. Lagrange+4 more|ArXiv.org|Feb 27, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 16被引用 37

一句话总结

本研究基于ELODIE摄谱仪获得的径向速度测量，检测到一颗围绕A9V型脉动恒星HD 180777运行的棕矮星候选体，其最小质量为25 M_Jup。开普勒轨道解显示其轨道周期为28.4天，残差径向速度变化被归因于γ Doradus型恒星特有的内在脉动，成功实现了在早型恒星中将行星信号与恒星活动分离。

ABSTRACT

We present here the detection of a brown dwarf orbiting the A9V star HD180777. The radial velocity measurements, obtained with the ELODIE echelle spectrograph at the Haute-Provence Observatory, show a main variation with a period of 28.4 days. Assuming a primary mass of 1.7 Mo, the best Keplerian fit to the data leads to a minimum mass of 25 MJup for the companion (the true mass could be significantly higher). We also show that, after substraction of the Keplerian solution from the radial velocity measurements, the residual radial velocities are related to phenomena intrinsic to the star, namely pulsations with typical periods of Gamma Dor stars. These results show that in some cases, it is possible to disentangle radial velocity variations due to a low mass companion from variations intrinsic to the observed star.

研究动机与目标

• 在A-F型主序星中探测系外行星和棕矮星，这些恒星在径向速度巡天中研究较少。
• 克服A-F型恒星因谱线弱、宽且重叠而导致的径向速度测量挑战。
• 将低质量伴星引起的径向速度变化与恒星内在活动（尤其是脉动）引起的信号分离。
• 研究棕矮星在更高质量恒星周围的形成与分布，将行星质量函数扩展至更早型的恒星。
• 通过研究A型恒星周围的伴星，评估行星形成机制是否随主星质量而变化。

提出的方法

• 在690天内，利用Haute-Provence天文台的ELODIE光纤馈送阶梯光栅摄谱仪获取了45张信噪比高的光谱，测量了径向速度。
• 针对A-F型恒星开发了一种新型径向速度方法，避免使用同时的钍-氩灯，以防止强Th谱线的污染。
• 对径向速度数据进行开普勒轨道拟合，以模拟潜在伴星的信号，得到最佳拟合周期为28.4天。
• 在减去开普勒解后，对残差径向速度进行周期图分析，以检测来自恒星脉动的周期性信号。
• 通过双曲线跨度分析，将谱线轮廓变化与径向速度残差相关联，确认谱线形状变化是观测到速度弥散的主要原因。
• 通过残差的傅里叶分析识别出高频脉动信号，主要频率为1.324 cycle d⁻¹（周期18.1小时）和3.626 cycle d⁻¹（周期6.6小时）。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在光谱挑战，是否能使用径向速度技术在A-F型主序星中探测到如棕矮星等低质量伴星？
• RQ2 A型恒星中的内在脉动在多大程度上会模仿或掩盖来自行星或棕矮星伴星的径向速度信号？
• RQ3 能否通过谱线轮廓分析将由恒星脉动引起的径向速度残差与由轨道运动引起的残差区分开来？
• RQ4 HD 180777周围潜在伴星的质量和轨道周期是多少？其与已知棕矮星分布相比如何？
• RQ5 在A9V恒星周围探测到棕矮星是否支持行星形成过程随主星质量变化的假设？

主要发现

• 检测到一颗最小质量为25 M_Jup的棕矮星候选体围绕HD 180777运行，最佳拟合轨道周期为28.4天。
• 在去除开普勒解后，径向速度残差的弥散度为394 m s⁻¹，显著高于测量不确定度64 m s⁻¹。
• 识别出两个主导脉动频率：1.324 cycle d⁻¹（假警报概率0.34%）和3.626 cycle d⁻¹（假警报概率8.4%）。
• 脉动引起的径向速度变化振幅最高可达约239 m s⁻¹，与γ Doradus型脉动一致。
• 28.4天信号被证实并非高频脉动信号的 aliases，因其周期在残差的周期图中仍保持显著。
• 由于其脉动频率和1.7 M_⊙的恒星质量（处于典型γ Doradus恒星质量范围1.2–1.9 M_⊙内），HD 180777被归类为γ Doradus型恒星。