[论文解读] Precise Radial Velocities of 2046 Nearby FGKM Stars and 131 Standards

Carly Chubak, G. Marcy+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 34

一句话总结

本论文利用凯克望远镜和利克天文台的数据，结合碘蒸气吸收池，为2046颗邻近的FGKM型恒星及131颗径向速度标准星提供了精度高达~0.1 km s⁻¹的高精度径向速度测量。研究建立了一个新的、稳定的径向速度零点，其精度达0.01 km s⁻¹，适用于G2V型恒星，并提供了一套131颗恒星的参考星表，具有长期稳定性（RMS < 0.03 km s⁻¹），从而提升了系外行星探测与银河系运动学研究的校准精度。

ABSTRACT

We present radial velocities with an accuracy of 0.1 km/s for 2046 stars of spectral type F,G,K, and M, based on 29000 spectra taken with the Keck I telescope. We also present 131 FGKM standard stars, all of which exhibit constant radial velocity for at least 10 years, with an RMS less than 0.03 km/s. All velocities are measured relative to the solar system barycenter. Spectra of the Sun and of asteroids pin the zero-point of our velocities, yielding a velocity accuracy of 0.01 km/s for G2V stars. This velocity zero-point agrees within 0.01 \kms with the zero-points carefully determined by Nidever et al. (2002) and Latham et al. (2002). For reference we compute the differences in velocity zero-points between our velocities and standard stars of the IAU, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, and l'Observatoire de Geneve, finding agreement with all of them at the level of 0.1 km/s. But our radial velocities (and those of all other groups) contain no corrections for convective blueshift or gravitational redshifts (except for G2V stars), leaving them vulnerable to systematic errors of 0.2 \kms for K dwarfs and ~0.3 km/s for M dwarfs due to subphotospheric convection, for which we offer velocity corrections. The velocities here thus represent accurately the radial component of each star's velocity vector. The radial velocity standards presented here are designed to be useful as fundamental standards in astronomy. They may be useful for Gaia (Crifo et al. 2010, Gilmore et al. 2012} and for dynamical studies of such systems as long-period binary stars, star clusters, Galactic structure, and nearby galaxies, as will be carried out by SDSS, RAVE, APOGEE, SkyMapper, HERMES, and LSST.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学方法，对2046颗邻近的FGKM型恒星进行亚km s⁻¹精度的径向速度测量。
• 识别并表征至少10年时间跨度内长期稳定的131颗径向速度标准星（RMS < 0.03 km s⁻¹）。
• 利用太阳和小行星光谱确定精确的径向速度零点，实现对G2V型恒星0.01 km s⁻¹的精度。
• 通过最小化径向速度尺度中的系统误差，为未来如Gaia、SDSS、APOGEE和LSST等巡天项目提供参考系统。
• 量化并校正晚型星（特别是K型和M型矮星）中由对流蓝移和引力红移引起的系统误差。

提出的方法

• 利用凯克I望远镜的HIRES光谱仪配合碘蒸气吸收池，获取了约29,000组光谱，用于波长校准。
• 通过分析恒星吸收线与碘吸收线的多普勒位移，测量相对于太阳系质心的径向速度。
• 利用太阳和小行星的光谱固定速度零点，实现对G2V型恒星0.01 km s⁻¹的精度。
• 将径向速度结果与国际天文学联合会（IAU）、哈佛-史密松森天体物理台及日内瓦天文台的既定标准进行比对，结果在0.1 km s⁻¹以内一致。
• 识别并校正了由次光球层对流引起的系统误差，估算出对K型星约0.2 km s⁻¹、M型星约0.3 km s⁻¹的修正量。
• 通过长期监测标准星，验证了速度尺度在多个十年跨度内的稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 候选标准星的长期径向速度稳定性如何？它们能否作为径向速度巡天的根本校准参考？
• RQ2 利用碘蒸气吸收池光谱法对FGKM型恒星的径向速度测量精度如何？可实现的零点精度是多少？
• RQ3 对流蓝移与引力红移在K型和M型矮星的径向速度测量中引入的系统误差有多大？
• RQ4 本研究的径向速度结果与以往巡天（如Nidever et al. 2002, Udry et al. 1999）相比如何？差异的原因是什么？
• RQ5 本研究建立的径向速度零点是否可在不同恒星类型和不同天文台之间一致应用？与国际标准相比有何异同？

主要发现

• 对2046颗FGKM型恒星的径向速度测量精度达到0.1 km s⁻¹，且对G2V型恒星的径向速度零点精度达0.01 km s⁻¹。
• 131颗标准星在至少10年的时间跨度内表现出长期径向速度稳定性，RMS散射低于0.03 km s⁻¹，符合根本标准星的资格。
• 基于太阳和小行星光谱得到的径向速度零点与Nidever et al. (2002) 和 Latham et al. (2002) 的结果在0.01 km s⁻¹以内一致。
• 与Udry et al. (1999) 的比较发现，不同颜色恒星间存在约0.15 km s⁻¹的系统差异，表明存在颜色依赖的零点偏移。
• 与Nidever et al. (2002) 的比较显示，F、G和K型星的联合RMS散差为0.1 km s⁻¹，证实了速度尺度与零点的一致性。
• 对于M型星，与Nidever et al. (2002) 的RMS散差为0.13 km s⁻¹，零点差异可忽略，表明不同巡天间具有高度一致性。