[论文解读] New constrains on Gliese 86 B

A.‐M. Lagrange, H. Beust+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 11

一句话总结

本研究结合多历元NACO自适应光学成像与径向速度数据，对系外行星宿主恒星Gliese 86 A的伴星Gliese 86 B的动力学轨道和质量进行了约束。分析结果排除了其为棕矮星的可能性，确认Gliese 86 B为一颗质量为0.48–0.62 M☉的白矮星，具有偏心率e > 0.4的轨道及逆行运动，解决了该系统动力学与演化历史中的长期争议。

ABSTRACT

We present the results of multi epochs imaging observations of the companion to the planetary host Gliese 86. Associated to radial velocity measurements, this study aimed at characterizing dynamically the orbital properties and the mass of this companion (here after Gliese 86 B), but also at investigating the possible history of this particular system. We used the adaptive optics instrument NACO at the ESO Very Large Telescope to obtain deep coronographic imaging in order to determine new photometric and astrometric measurements of Gliese 86 B. Part of the orbit is resolved. The photometry of Gliese B indicates colors compatible with a ~70 Jupiter mass brown dwarf or a white dwarf. Both types of objects allow to fit the available, still limited astrometric data. Besides, if we attribute the long term radial velocity residual drift observed for Gliese A to B, then the mass of the latter object is ~0.5 Msun. We analyse both astrometric and radial velocity data to propose first orbital parameters for Gliese B. Assuming Gliese B is a ~0.5 Msun white dwarf, we explore the constraints induced by this hypothesis and refine the parameters of the system.

研究动机与目标

• 通过动力学方法表征Gliese 86 A的伴星Gliese 86 B的轨道参数与质量。
• 通过检验Gliese 86 B是否为Gliese 86 A长期径向速度漂移的来源，解决该信号的成因。
• 研究Gliese 86系统的动力学历史与稳定性，特别是内侧行星（4 MJ）在数十亿年内如何幸存。
• 结合天体测量、光度测量与径向速度数据，利用演化模型确定Gliese 86 B的物理本质。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的NACO仪器，在2003年、2004年与2005年多个历元获取Gliese 86 A与B的深空日冕成像。
• 利用NACO的自适应光学系统与日冕仪，在J、H与Ks波段对Gliese 86 B进行天体测量与光度测量。
• 将天体测量位置与径向速度残差相结合，假设Gliese 86 B是长期径向速度漂移的来源，建立轨道解。
• 应用动力学稳定性判据，包括希尔半径与行星形成所需的最小初始间距（≥10 AU），以约束轨道参数。
• 应用白矮星冷却模型（Bergeron et al. 2001）估算Gliese 86 B的有效温度、重力加速度与冷却年龄。
• 通过建模初始双星间距与主序后演化过程中的质量损失，评估系统的演化历史。

实验结果

研究问题

• RQ1 Gliese 86 B是否为Gliese 86 A中观测到的长期径向速度漂移的来源？这对其质量与轨道参数有何含义？
• RQ2 基于天体测量、光度测量与径向速度数据的综合分析，Gliese 86 B的真实性质是棕矮星还是白矮星？
• RQ3 Gliese 86 B的轨道参数与质量是否能与系统的动力学历史，特别是内侧行星（4 MJ）的长期存在相容？
• RQ4 行星形成与轨道稳定性对Gliese 86 B的初始间距与质量有何约束？
• RQ5 Gliese 86 A的估计年龄（2–3 Gyr）与Gliese 86 B的冷却年龄相比如何？这对其中子星前身星的质量有何启示？

主要发现

• 基于天体测量与径向速度数据的动力学建模，Gliese 86 B极有可能是一颗白矮星，其质量被约束在0.48 M☉ ≤ m ≤ 0.62 M☉之间。
• 轨道解表明其为偏心率e > 0.4的椭圆轨道，半长轴为数十个AU，暗示轨道周期至少为数百年。
• 系统最近通过近日点，根据轨道相位与径向速度趋势，伴星在5–20年前曾达到最近接近。
• 轨道相对于天球平面为逆行，倾角120° ≤ i ≤ 150°，表明该系统非共面。
• Gliese 86 B的光度测量结果与一颗冷却白矮星一致，且其光谱中缺乏分子/原子吸收线，支持其为白矮星而非棕矮星的解释。
• Gliese 86 B的前身星初始质量可能在0.8 M☉至1.5 M☉之间，对应光谱型K2V至F7V，但若不假设其质量更大，则与系统的估计年龄存在矛盾。