[论文解读] Search for giant planets in M67 IV: survey results

Anna Brucalassi, J. Koppenhoefer+10 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Mar 13, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用 23

一句话总结

本研究基于为期七年的观测，针对太阳年龄的疏散星团M67中的88颗恒星开展了径向速度调查，旨在探测类木行星。利用高精度光谱仪（HARPS、SOPHIE、HRS、HARPS-N、CORALIE），研究者发现了三颗热木星和一颗类木行星，M67中热木星的出现率约为5.7%，显著高于场星，尽管类木行星的总频率（约18%）与场星统计结果一致。

ABSTRACT

We present the results of a seven-year-long radial velocity survey of a sample of 88 main-sequence and evolved stars to reveal signatures of Jupiter-mass planets in the solar-age and solar-metallicity open cluster M67. We aim at studying the frequency of giant planets in this cluster with respect to the field stars. In addition, our sample is also ideal to perform a long-term study to compare the chemical composition of stars with and without giant planets in detail. We analyzed precise radial velocity (RV) measurements obtained with five different instruments. We conducted Monte Carlo simulations to estimate the occurrence rate of giant planets in our radial velocity survey. All the planets previously announced in this RV campaign with their properties are summarized here: 3 hot Jupiters around the main-sequence stars YBP1194, YBP1514, and YBP401, and 1 giant planet around the evolved star S364. Two additional planet candidates around the stars YBP778 and S978 are also analyzed in the present work. We discuss stars that exhibit large RV variability or trends individually. For 2 additional stars, long-term trends are compatible with new binary candidates or substellar objects, which increases the total number of binary candidates detected in our campaign to 14. Based on the Doppler-detected planets discovered in this survey, we find an occurrence of giant planets of ~18.0%(+12.0/-8.0%) in the selected period-mass range. This frequency is slightly higher but consistent within the errors with the estimate for the field stars, which leads to the general conclusion that open cluster and field statistics agree. However, we find that the rate of hot Jupiters in the cluster (~5.7%(+5.5/-3.0%)) is substantially higher than in the field.

研究动机与目标

• 确定太阳年龄、太阳金属丰度的疏散星团M67中类木行星的频率，并与场星统计结果进行比较。
• 探究致密星团环境是否影响类木行星，特别是热木星的形成或生存。
• 在统一的星团样本中，对拥有类木行星与不拥有类木行星的恒星进行长期化学成分比较。
• 利用蒙特卡洛模拟评估径向速度调查在疏散星团中对类木行星的检测效率与完备性。
• 通过长期径向速度趋势识别并表征双星候选体和亚恒星天体。

提出的方法

• 利用ESO 3.6米望远镜、Udine天文台、Hobby-Eberly望远镜、Telescopio Nazionale Galileo和Euler瑞士望远镜上的HARPS、SOPHIE、HRS、HARPS-N和CORALIE光谱仪，获取了精确的径向速度（RV）测量数据。
• 采用蒙特卡洛模拟估算在轨道周期1.0至1000天、质量0.2至10.0 $M_{J}$范围内的类木行星检测效率。
• 通过基于模拟行星信号注入数据的统计模型，对观测检测极限进行校正，计算类木行星的出现率。
• 对表现出长期RV趋势或大离散度的恒星进行单独分析，以评估双星系统或亚恒星伴星的存在。
• 利用多普勒检测方法，从恒星径向速度曲线中的周期性或非周期性变化推断行星信号。
• 由于M67具有均一的年龄和金属丰度，使得行星宿主星与非行星宿主星之间的化学成分比较成为可能。

实验结果

研究问题

• RQ1 与场星相比，M67中轨道周期1.0–1000天、质量0.2–10.0 $M_{J}$的类木行星出现率如何？
• RQ2 M67中热木星的频率是否显著不同于场星？这对我们理解致密星团环境中行星形成有何启示？
• RQ3 M67恒星的长期径向速度趋势如何揭示双星系统或亚恒星伴星的存在？
• RQ4 星团环境在多大程度上影响行星系统的动力学演化，特别是热木星的形成？
• RQ5 在均一样本中，能否利用M67恒星的化学成分区分行星宿主星与非行星宿主星？

主要发现

• 调查确认了三颗热木星围绕主序星YBP1194、YBP1514和YBP401运行，以及一颗类木行星围绕演化星S364运行。
• 在YBP778和S978周围还识别出两个额外的行星候选体，其RV趋势表明可能存在行星或双星伴星。
• 在选定的周期-质量范围内，类木行星的出现率估计为~18.0%，90%可信区间为 $^{+12.0}_{-8.0}$%，与场星统计结果一致。
• M67中热木星的出现率约为5.7%，90%可信区间为 $^{+5.5}_{-3.0}$%，显著高于场星水平。
• 在2颗恒星中发现的长期RV趋势与新的双星或亚恒星候选体相容，使调查中此类候选体总数增至14个。
• 结果支持这一假设：尽管恒星相遇可能对行星系统产生破坏性影响，但致密星团环境可能更有利于热木星的形成或动力学迁移。