[论文解读] Properties of planets in binary systems. The role of binary separation

S. Desidera, M. Barbieri|ArXiv.org|Oct 20, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 84被引用 128

一句话总结

本研究分析了双星系统中系外行星的统计特性，重点关注双星间距对行星特征的影响。利用更新后的双星系统系外行星样本，研究发现大质量短周期行星主要存在于紧密双星系统中（间距 < 100–300 AU），而宽距双星系统中的行星在统计上与围绕单星运行的行星相似，仅可能存在高偏心率行星的轻微过剩。

ABSTRACT

The statistical properties of planets in binaries were investigated. Any difference to planets orbiting single stars can shed light on the formation and evolution of planetary systems. As planets were found around components of binaries with very different separation and mass ratio, it is particularly important to study the characteristics of planets as a function of the effective gravitational influence of the companion. A compilation of planets in binary systems was made; a search for companions orbiting stars recently shown to host planets was performed, resulting in the addition of two further binary planet hosts (HD 20782 and HD 109749). The probable original properties of the three binary planet hosts with white dwarfs companions were also investigated. Using this updated sample of planets in binaries we performed a statistical analysis of the distributions of planet mass, period, and eccentricity, fraction of multiplanet systems, and stellar metallicity for planets orbiting components of tight and wide binaries and single stars. The only highly significant difference revealed by our analysis concerns the mass distribution of short-period planets. Massive planets in short period orbits are found in most cases around the components of rather tight binaries. The properties of exoplanets orbiting the components of wide binaries are compatible with those of planets orbiting single stars, except for a possible greater abundance of high-eccentricity planets. The previously suggested lack of massive planets with P&gt;100 days in binaries is not confirmed. We conclude that the presence of a stellar companion with separation smaller than 100-300 AU is able to modify the formation and/or migration and/or the dynamical evolution history of giant planets while wide companions play a more limited role

研究动机与目标

• 研究双星系统中伴星引力对行星系统形成与演化的影响。
• 确定宽距双星系统中的行星在质量、轨道周期、偏心率和多行星性方面是否与围绕单星运行的行星存在显著差异。
• 评估双星间距在塑造系外行星特性观测分布中的作用，特别是对气态巨行星的影响。
• 通过识别新的双星宿主并重新评估具有白矮星伴星的系统，更新已知双星系统中系外行星的样本。
• 利用更大、更一致的数据集，检验以往主张（如双星系统中不存在轨道周期超过100天的大质量行星）的有效性。

提出的方法

• 整理了更新后的双星系统系外行星样本，包括通过伴星搜寻新识别的宿主（HD 20782、HD 109749）。
• 对紧密双星、宽距双星和单星系统中行星质量、轨道周期、偏心率、多行星比例及恒星金属丰度的分布进行统计比较。
• 利用径向速度和天体测量数据评估行星轨道与双星轨道的动力学相容性，特别是在HD 189733和HD 219449等系统中。
• 利用演化模型和轨道约束，评估三例具有白矮星伴星系统（质量比、间距）的原始特性。
• 应用《邻近系外行星目录》（B06）的标准，并与其它数据库（如系外行星百科）交叉验证，以确保样本一致性。
• 通过自适应光学、径向速度和天体测量数据对候选伴星进行后续分析，以确认或排除物理关联性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与单星系统相比，双星系统中伴星的存在是否会改变行星质量、周期和偏心率的分布？
• RQ2 如先前所建议，双星系统中是否确实不存在轨道周期超过100天的大质量行星？
• RQ3 双星间距（特别是紧密与宽距系统）如何影响气态巨行星的形成与动力学演化？
• RQ4 具有白矮星伴星的系统在多大程度上保留了其原始双星配置和行星系统特性的信息？
• RQ5 宽距双星系统中的行星系统在多行星性或轨道构型方面与单星系统相比是否存在可检测的差异？

主要发现

• 唯一具有高度显著性的差异是，大质量短周期行星（P < 100天）主要集中在紧密双星系统（间距 < 100–300 AU）的成员恒星周围。
• 围绕宽距双星系统成员恒星运行的行星在统计特性（如质量、周期和偏心率分布）方面，与围绕单星运行的行星基本一致。
• 更新后的样本和统计分析并未证实此前关于双星系统中缺乏轨道周期超过100天的大质量行星的结论。
• 宽距双星系统中可能存在高偏心率行星的轻微过剩，表明遥远伴星存在微妙的动力学影响。
• 当伴星间距小于100–300 AU时，显著影响气态巨行星的形成、迁移或动力学演化。
• 三例具有白矮星伴星的系统（HD 20782、HD 109749、GL 86）的原始双星间距很可能与观测到的行星系统特性一致，表明行星系统可在双星构型下经历主序后演化而得以保留。