[论文解读] Extrasolar planets and brown dwarfs around AF-type stars. X.The SOPHIE northern sample. Combining the SOPHIE and HARPS surveys to compute the close giant planet mass-period distribution around AF-type stars

S. Borgniet, A.‐M. Lagrange+32 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 13

一句话总结

本研究结合SOPHIE与HARPS巡天的径向速度数据，对125颗北天主序AF型恒星周围的近轨道巨型行星与棕矮星种群进行表征。研究发现，对于质量小于1.5 M☉的恒星，在2–3 au轨道范围内，木星质量行星的出现率为3.7%（−1/+3%），棕矮星的上限为4%，短周期行星的出现率上限为3–4.5%，与FGK型恒星的趋势一致，暗示恒星质量可能影响行星迁移过程。

ABSTRACT

The impact of the stellar mass on the giant planet properties is still to be fully understood. Main-Sequence (MS) stars more massive than the Sun remain relatively unexplored in radial velocity (RV) surveys, due to their characteristics that hinder classical RV measurements. Our aim is to characterize the close (up to 2.5 au) giant planet (GP) and brown dwarf (BD) population around AF MS stars and compare this population to stars with different masses. We used the SOPHIE spectrograph located on the 1.93m telescope at Observatoire de Haute-Provence to observe 125 northern, MS AF dwarfs. We used our dedicated SAFIR software to compute the RV and other spectroscopic observables. We characterized the detected sub-stellar companions and computed the GP and BD occurrence rates combining the present SOPHIE survey and a similar HARPS survey. We present new data on two known planetary systems around the F5-6V dwarfs HD16232 and HD113337. For the latter, we report an additional RV variation that might be induced by a second GP on a wider orbit. We also report the detection of fifteen binaries or massive sub-stellar companions with high-amplitude RV variations or long-term RV trends. Based on 225 targets observed with SOPHIE or HARPS, we constraint the BD frequency within 2-3 au around AF stars to be below 4 percents (1-sigma). For Jupiter-mass GP within 2-3 au (periods below 1000 days), we found the occurrence rate to be 3.7 (+3/-1) percents around AF stars with masses below 1.5 solar masses, and to be below 6 percents around AF stars with masses above 1.5 solar masses. For periods smaller than 10 days, we find the GP occurrence rate to be below 3 or 4.5 percents, respectively. Our results are compatible with the GP frequency reported around FGK dwarfs and are compatible with a possible increase of GP orbital periods with the stellar mass as predicted by formation models.

研究动机与目标

• 表征主序AF型恒星周围近轨道（约2 au以内）的巨型行星与棕矮星种群，这些恒星在径向速度巡天中尚未被充分研究。
• 探究恒星质量如何影响巨型行星与棕矮星的出现率，特别是与FGK型恒星进行比较。
• 利用高精度径向速度测量，确定AF型恒星周围热木星与大质量亚恒星伴星的频率。
• 结合SOPHIE与HARPS数据，提升1–3 au轨道范围内行星出现率统计约束的精度。
• 评估观测到的出现率与行星形成与迁移理论模型的兼容性，特别是随恒星质量变化的规律。

提出的方法

• 利用位于上普罗旺斯天文台的1.93米望远镜上的SOPHIE摄谱仪，对125颗北天主序AF型恒星进行径向速度监测。
• 应用S AFIR软件处理流程计算径向速度及光谱指标（如CCF、FWHM），以探测行星信号与恒星伴星。
• 将SOPHIE数据与论文IX中HARPS巡天的数据结合，扩大样本量并增强出现率计算的统计功效。
• 采用统计方法计算虚假报警概率，并推导出现率的上限，同时考虑探测完整性。
• 基于RV振幅、轨道周期及附加指标（如bisector span、相关函数形状）对检测到的信号进行分类，以区分行星与恒星双星。
• 计算2–3 au轨道范围内巨型行星（1 < m_p sin i < 13 M_Jup）与棕矮星的出现率，按恒星质量（<1.5 M☉ 与 >1.5 M☉）及轨道周期分列结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在质量小于1.5 M☉的主序AF型恒星周围，2–3 au轨道范围内巨型行星（1 < m_p sin i < 13 M_Jup）的出现率是多少？
• RQ2 AF型恒星周围2–3 au轨道范围内的棕矮星出现率，与FGK型恒星或演化后的亚巨星相比如何？
• RQ3 AF型恒星周围是否存在显著的热木星（P < 10天）种群？其频率与太阳型恒星相比如何？
• RQ4 观测到的AF型恒星周围近轨道亚恒星伴星的出现率，是否支持理论预测中恒星质量越大、轨道周期越长的规律？
• RQ5 将SOPHIE巡天结果与HARPS巡天结果合并后，其结果一致性如何？所推导出的上限具有多高的统计显著性？

主要发现

• 对于质量小于1.5 M☉的AF型恒星，2–3 au轨道范围内木星质量行星（1 < m_p sin i < 13 M_Jup）的出现率为3.7%，90%可信区间为−1%至+3%。
• 对于质量大于1.5 M☉的AF型恒星，2–3 au轨道范围内木星质量行星的出现率上限在1σ置信水平下为≤6%。
• AF型恒星周围2–3 au轨道范围内的棕矮星出现率上限在1σ置信水平下低于4%，与白矮星及亚巨星巡天的下限结果一致。
• 轨道周期小于10天的巨型行星出现率上限在1σ水平下为3–4.5%，在225个目标样本中未检测到热木星。
• 观测到的AF型恒星出现率与FGK型矮星的报告结果兼容，表明在此质量范围内，恒星质量增加并未显著提升行星频率。
• 未检测到热木星及短周期行星的低出现率，与理论模型一致，该模型预测高质​​量恒星因迁移效率降低，可能更倾向于拥有长周期轨道的行星。