[论文解读] HADES RV program with HARPS-N at TNG. IX. A super-Earth around the M dwarf Gl686

L. Affer, M. Damasso+26 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 68被引用 14

一句话总结

该论文报告发现了一颗超级海王星系外行星 Gl 686 b，围绕一颗 M1 型恒星运行，轨道距离为 0.092 AU，最小质量为 7.1 ± 0.9 M⊕，轨道周期为 15.532 ± 0.002 天。通过结合 HARPS-N、HIRES 和 HARPS 过去 20 年的径向速度数据，并辅以光度和活动指数分析，在贝叶斯框架下成功将行星信号与恒星活动噪声区分开来，证实了该行星的存在，尽管其存在强磁活动和由恒星自转引起的抖动。

ABSTRACT

The HArps-n red Dwarf Exoplanet Survey is providing a major contribution to the widening of the current statistics of low-mass planets, through the in-depth analysis of precise radial velocity measurements in a narrow range of spectral sub-types. As part of that program, we obtained radial velocity measurements of Gl 686, an M1 dwarf at d = 8.2 pc. The analysis of data obtained within an intensive observing campaign demonstrates that the excess dispersion is due to a coherent signal, with a period of 15.53 d. Almost simultaneous photometric observations were carried out within the APACHE and EXORAP programs to characterize the stellar activity and to distinguish periodic variations related to activity from signals due to the presence of planetary companions, complemented also with ASAS photometric data. We took advantage of the available radial velocity measurements for this target from other observing campaigns. The analysis of the radial velocity composite time series from the HIRES, HARPS and HARPS-N spectrographs, consisting of 198 measurements taken over 20 years, enabled us to address the nature of periodic signals and also to characterize stellar physical parameters (mass, temperature, and rotation). We report the discovery of a super-Earth orbiting at a distance of 0.092 AU from the host star Gl 686. Gl 686 b has a minimum mass of 7.1 +/- 0.9 MEarth and an orbital period of 15.532 +/- 0.002 d. The analysis of the activity indexes, correlated noise through a Gaussian process framework and photometry, provides an estimate of the stellar rotation period at 37 d, and highlights the variability of the spot configuration during the long timespan covering 20 yrs. The observed periodicities around 2000 d likely point to the existence of an activity cycle.

研究动机与目标

• 利用高精度径向速度（RV）测量探测红矮星周围的低质量行星，这些测量受到恒星活动引起的 RV 抖动的复杂影响。
• 利用多 epoch 径向速度数据、光度观测和活动指标，区分行星信号与恒星活动信号。
• 研究一颗拥有超级海王星的红矮星中恒星活动的长期行为，包括自转周期和潜在的活动周期。
• 使用包含高斯过程以建模相关噪声的贝叶斯模型选择框架，确定行星的轨道参数和最小质量。
• 评估行星信号在长达二十年的多个观测任务和仪器之间的稳定性和一致性。

提出的方法

• 在 Telescopio Nazionale Galileo 望远镜上使用 HARPS-N 光谱仪，在三个观测季节内获取径向速度测量数据。
• 将 HARPS-N 数据与 HIRES 和 HARPS 的档案 RV 数据结合，构建跨越 20 年的 198 个测量值的复合时间序列。
• 应用高斯过程框架以建模相关恒星活动噪声，提高信号检测的准确性。
• 分析来自 APACHE 和 EXORAP 计划的光度光 light curves，以及 ASAS 数据，以研究恒星的光变性和黑子分布。
• 使用贝叶斯模型选择比较包含 0、1 或 2 颗行星且偏心率不同的模型，最终选择包含一个开普勒信号和一个高斯过程用于活动噪声的最佳拟合模型。
• 利用 GLS 周期图分析活动指标（Hα、S 指数）和光度数据，计算恒星自转周期并评估活动周期长度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Gl 686 中 15.53 天的径向速度信号是否与行星伴星一致，还是由恒星活动引起？
• RQ2 考虑到长期 RV 变异性和活动抖动，该行星的真实最小质量和轨道周期是多少？
• RQ3 在 20 年的时间基线上，恒星自转周期和黑子构型如何演化？是否存在活动周期的证据？
• RQ4 高斯过程模型能否有效分离红矮星系统中行星信号与相关恒星噪声？
• RQ5 15.53 天信号的长期一致性是否支持其行星起源，而非其他恒星活动模型？

主要发现

• 确认发现一颗超级海王星行星 Gl 686 b，其最小质量为 7.1 ± 0.9 M⊕，轨道周期为 15.532 ± 0.002 天。
• 15.53 天信号在所有三个观测季节和所有仪器中均保持一致且稳定，支持其行星起源。
• 恒星自转周期估计为 37 天，20 年时间基线上存在黑子构型变化的证据。
• 光度和活动指数数据表明可能存在约 2000 天的长期活动周期。
• 贝叶斯模型选择强烈支持一个包含开普勒信号和高斯过程用于活动噪声的一颗行星模型，优于包含更多行星或无噪声建模的模型。
• 该行星距离其主星 0.092 AU，位于宜居带内缘附近，具体位置取决于大气条件。