[论文解读] Extrasolar planets and brown dwarfs around A-F type stars VI. High precision RV survey of early type dwarfs with HARPS

A.‐M. Lagrange, M. Desort+3 more|ArXiv.org|Sep 26, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用 261

一句话总结

本研究利用HARPS对早期型A–F主序星进行了首次高精度径向速度巡天，表明尽管存在恒星固有变异性，仍可在这些恒星周围探测到巨行星——尤其在投影自转速度较低且活动水平较低的恒星中——为研究大质量恒星周围的行星形成提供了新途径。

ABSTRACT

(Abridged) Aims: Systematic surveys to search for exoplanets have been mostly dedicated to solar-type stars sofar. We developed in 2004 a method to extend such searches to earlier A-F type dwarfs and started spectroscopic surveys to search for planets and quantify the detection limit achievable when taking into account the stars properties and their actual levels of intrinsic variations. We give here the first results of our southern survey with HARPS. Results: 1) 64% of the 170 stars with enough data points are found to be variable. 20 are found to be binaries or candidate binaries (with stars or brown dwarfs). More than 80% or the latest type stars (once binaries are removed) are intrinsically variable at a 2 m/s precision level. Stars with earlier spectral type (B-V <= 0.2) are either variable or associated to levels of uncertainties comparable to the RV rms observed on variable stars of same B-V. 2) We have detected one long-period planetary system around an F6IV-V star. 3) We have quantified the jitter due to stellar activity and we show that taking into account this jitter in addition to the stellar parameters, it is still possible to detect planets with HARPS with periods of 3 days (resp. 10 days and 100 days) on 91% (resp. 83%, 61%) of them. We show that even the earliest spectral type stars are accessible to this type of search, provided they have a low vsini and low levels of activity. 4) Taking into account the present data, we compute the actually achieved detection limits for 107 targets and discuss the limits as a function of B-V. Given the data at hand, our survey is sensitive to short-period (few days) planets and to longer ones (100 days) at a lower extent (latest type stars). We derive first constrains on the presence of planets around A-F stars for these ranges of periods.

研究动机与目标

• 将径向速度系外行星巡天扩展至太阳型恒星之外的早期型A–F主序星，尽管理论上预期这些恒星的行星质量更高，但其研究仍较少。
• 量化恒星活动（黑子、脉动）和旋转展宽对A–F型主序星径向速度测量精度的影响。
• 在考虑仪器噪声和恒星固有抖动的前提下，确定这些恒星周围行星的可实现探测极限。
• 基于低活动性和低vsini，识别出未来行星搜索中最有利的目标。
• 首次提供对早期型主序星周围短周期行星（3–100天）发生率的统计约束。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台（ESO）的HARPS光谱仪，对185颗A–F型主序星（B–V在[−0.1; 0.6]之间）进行了高精度径向速度巡天。
• 应用专用软件分析径向速度变化，使用多种诊断指标：双曲线跨度、振幅和变化 timescale，以区分恒星活动与行星伴星。
• 通过分析具有足够数据点的恒星（170颗）的固有变异性，量化由黑子和脉动引起的恒星抖动。
• 将探测极限定义为径向速度散射的3×rms，同时考虑仪器噪声和恒星固有变异性。
• 基于各目标的个体RV散射和观测基线，计算107个目标的实际探测极限，使用3×rms阈值作为可探测性的代理。
• 在统计分析中排除已知的脉动星（δ Scuti、γ Doradus），以隔离非行星引起的变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在高固有恒星变异性，是否仍可使用高精度径向速度技术在A–F型主序星周围探测到巨行星？
• RQ2 恒星活动（黑子、脉动）和投影自转速度对早期型恒星中行星信号可探测性有何影响？
• RQ3 在考虑其固有抖动和旋转特性的情况下，A–F型主序星中有多少比例适合进行行星搜索？
• RQ4 在本样本中，周期为3、10和100天的行星的实际探测极限是多少？这些极限如何随B–V色指数和恒星类型变化？
• RQ5 实际探测灵敏度与理论极限相比如何？有多少比例的恒星对0.5–1 M_Jup质量的行星敏感？

主要发现

• 在170颗具有足够数据点的恒星中，64%表现出径向速度变异性，主要由恒星活动或固有脉动引起。
• 识别出20颗双星或候选双星，其中包括一颗围绕F6IV–V型恒星的长周期行星系统（周期>100天）。
• 对于3天周期的行星，若恒星具有低vsini和低活动水平，91%的A–F型主序星可用HARPS探测到；对于10天和100天周期，探测率分别为83%和61%。
• 即使是最早型的恒星（B–V ≤ 0.2），只要其投影自转速度低且活动水平低，仍可实现行星探测。
• 对于B–V ≥ 0.4的恒星，仅有不到5%的恒星拥有周期3天、质量≥1 M_Jup的行星，表明热木星在晚型A–F型主序星中的发生率较低。
• 在107颗具有足够数据的恒星中，探测极限由3×rms阈值决定，证实该方法可靠地捕捉到了每颗目标的噪声底限。