[论文解读] Multiplicity in transiting planet host stars. A Lucky Imaging study of Kepler candidates

J. Lillo-Box, D. Barrado+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 33被引用 44

一句话总结

本研究利用卡帕罗天文台AstraLux仪器的幸运成像技术，对98个开普勒天体兴趣目标（KOIs）周围的近距离双星伴星进行了探测，发现41.9%的宿主恒星在6角秒内存在未分辨的伴星。关键发现是，19颗伴星位于KOIs的3角秒以内，其中8颗很可能与宿主恒星物理关联，显著影响假阳性率和系外行星参数的准确性。

ABSTRACT

In the exoplanetary era, the Kepler spacecraft is causing a revolution by discovering thousands of new planet candidates. However, a follow up program is needed in order to reject false candidates and to fully characterize the bona-fide exoplanets. Our main aims are: 1./ Detect and analyze close companions inside the typical Kepler PSF to study if they are the responsible of the dim in the Kepler light curves, 2./ Study the change in the stellar and planetary parameters due to the presence of an unresolved object, 3./ Help to validate those Kepler Objects of Interest that do not present any object inside the Kepler PSF and 4./ Study the multiplicity rate in planet host candidates. Such a large sample of observed planet host candidates allows us to do statistics about the presence of close (visual or bounded) companions to the harboring star. We present here Lucky Imaging observations for a total amount of 98 Kepler Objects of Interest. This technique is based on the acquisition of thousands of very short exposure time images. Then, a selection and combination of a small amount of the best quality frames provides a high resolution image with objects having a 0.1 arcsec PSF. We applied this technique to carry out observations in the Sloan i and Sloan z filters of our Kepler candidates. We find blended objects inside the Kepler PSF for a significant percentage of KOIs. On one hand, only 58.2% of the hosts do not present any object within 6 arcsec. On the other hand, we have found 19 companions closer than 3 arcsec in 17 KOIs. According to their magnitudes and i-z color, 8 of them could be physically bounded to the host star.

研究动机与目标

• 在开普勒点扩散函数范围内探测并分析近距离恒星伴星，以识别假阳性凌星信号。
• 评估未分辨伴星对推导的恒星与行星参数（如Rp/R*、a/R*和撞击参数）的影响。
• 通过排除背景恒星或双星的混淆，验证未检测到伴星的开普勒天体兴趣目标。
• 测量凌星系外行星宿主恒星的多重性频率，以理解系外行星系统中双星的频率。
• 提供高分辨率成像约束，以改进假阳性概率估计和行星系统表征。

提出的方法

• 在卡帕罗天文台2.2米望远镜上使用AstraLux仪器进行幸运成像观测。
• 获取数千张短曝光图像（≤100 ms），并选取质量最佳的帧进行合成，实现0.1角秒FWHM的分辨率。
• 在Sloan i和z滤光片下进行观测，以实现对检测到的伴星的测光与颜色分析。
• 利用天体测量和测光测量确定伴星的位置、视星等和颜色指数（i−z）。
• 在绝对星等-颜色图（Mi vs. i−z）上绘制伴星，并与主序零等时线（ZAMS）对比，以评估物理关联性。
• 评估假阳性概率，并针对检测到伴星的KOIs重新计算行星参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 在6角秒内，开普勒天体兴趣目标中有多高比例存在近距离恒星伴星，它们如何影响凌星光曲线？
• RQ2 基于颜色-星等诊断与ZAMS对齐，检测到的哪些伴星与宿主恒星物理关联？
• RQ3 未分辨的伴星如何改变对系外行星和恒星参数（如Rp/R*、a/R*、撞击参数）的推导结果？
• RQ4 恒星伴星在开普勒样本中对假阳性凌星信号的贡献程度如何？
• RQ5 开普勒样本中行星宿主恒星的多重性频率是多少，特别是S型行星系统？

主要发现

• 在观测的98个KOIs中，58.2%在6角秒内未显示可见伴星，表明存在显著比例的孤立系统。
• 在17个KOIs的3角秒内检测到19颗近距离伴星，其中8颗基于i−z颜色和ZAMS对齐，很可能与宿主恒星物理关联。
• 根据样本估算，行星宿主恒星的观测双星频率为6.2%–9.2%，这是下限估计值。
• KOI-0379B、0658B、0641B、0645B和0298B的伴星位于主序零等时线上，支持其同源形成与物理关联。
• 对于KOI-0703，检测到一颗暗淡伴星，显著性达3-σ，表明未来通过更深度数据可能获得确认。
• 为19颗近距离伴星和1颗中等距离伴星（KOI-0623B）提供了精确的天体测量与测光数据，支持对行星参数的重新评估。