[论文解读] SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates. XIII. KOI-189 B and KOI-686 B: two very low-mass stars in long-period orbits

R. F. Díaz, G. Montagnier+11 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Oct 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 63被引用 24

一句话总结

本研究利用SOPHIE光谱仪对两颗开普勒系外行星候选体KOI-189和KOI-686进行了径向速度后续观测，发现它们实际上是处于长周期、高偏心率轨道上的极低质量恒星，而非行星。精确测量的质量与半径显示，KOI-189 B的密度显著低于理论模型的预测值，使其成为检验恒星结构模型的关键案例。

ABSTRACT

We present the radial-velocity follow-up of two Kepler planetary transiting candidates (KOI-189 and KOI-686) carried out with the SOPHIE spectrograph at the Observatoire de Haute Provence. These data promptly discard these objects as viable planet candidates and show that the transiting objects are in the regime of very low-mass stars, where a strong discrepancy between observations and models persists for the mass and radius parameters. By combining the SOPHIE spectra with the Kepler light curve and photometric measurements found in the literature, we obtain a full characterization of the transiting companions, their orbits, and their host stars. The two companions are in significantly eccentric orbits with relatively long periods (30 days and 52.5 days), which makes them suitable objects for a comparison with theoretical models, since the effects invoked to understand the discrepancy with observations are weaker for these orbital distances. KOI-189 B has a mass M = 0.0745 +/- 0.0033 Msun and a radius R = 0.1025 +/- 0.0024 Rsun. The density of KOI-189 B is significantly lower than expected from theoretical models for a system of its age. We explore possible explanations for this difference. KOI-189 B is the smallest hydrogen-burning star with such a precise determination of its fundamental parameters. KOI-686 B is larger and more massive (M = 0.0915 +/- 0.0043 Msun; R = 0.1201 +/- 0.0033 Rsun), and its position in the mass-radius diagram agrees well with theoretical expectations.

研究动机与目标

• 通过径向速度后续观测，确定开普勒系外行星候选体KOI-189与KOI-686的真实性质。
• 结合SOPHIE与开普勒数据，表征这些系统的质量、半径、轨道参数及恒星宿主特性。
• 通过将观测到的质量-半径关系与理论预测进行比较，检验理论恒星结构模型，尤其针对极低质量恒星。
• 评估潮汐力与磁活动在长周期、高偏心率轨道中对恒星半径膨胀的影响。
• 通过分析径向速度残差，为这些系统中额外伴星设定上限。

提出的方法

• 利用位于上普罗旺斯天文台的1.93米望远镜上的SOPHIE光谱仪获取高精度径向速度测量数据。
• 将SOPHIE径向速度数据与开普勒光曲线及光度数据相结合，推导轨道与恒星参数。
• 采用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）算法对模型参数的后验分布进行采样，并评估不确定性。
• 对径向速度数据拟合开普勒轨道模型，以确定轨道元素，包括偏心率与周期。
• 利用光谱能量分布（SED）与恒星大气模型，推导宿主星的有效温度、金属丰度与表面重力。
• 通过分析MCMC后验样本中残差的周期范围（1至300天），计算额外伴星的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 KOI-189与KOI-686是否更适合作为行星凌星现象，还是恒星伴星？
• RQ2 KOI-189 B与KOI-686 B的实测质量与半径与极低质量恒星的理论预测相比如何？
• RQ3 轨道偏心率与长周期对潮汐锁定与磁活动有何影响？
• RQ4 KOI-189 B中观测到的半径膨胀能否由当前恒星结构模型解释？
• RQ5 在不同轨道周期范围内，这些系统中额外伴星的上限是多少？

主要发现

• KOI-189 B是一颗极低质量恒星，质量为0.0745 ± 0.0033 M⊙，半径为0.1025 ± 0.0024 R⊙，是迄今具有如此精确基本参数的最小氢燃烧恒星。
• KOI-189 B的密度显著低于理论模型预测值，表明极低质量恒星结构理论中存在长期存在的矛盾。
• KOI-686 B的质量为0.0915 ± 0.0043 M⊙，半径为0.1201 ± 0.0033 R⊙，其在质量-半径图中的位置与理论预期一致。
• 两个系统均处于高偏心率轨道，周期较长（分别为30.0天与52.5天），潮汐效应较弱，因此是检验半径膨胀模型的理想对象。
• 对于KOI-189，轨道周期在20至60天以内的范围内，质量超过1 M_Jup的伴星被排除，且该上限随周期延长呈线性增长。
• 对于KOI-686，周期短于约60天的范围内，不允许存在质量超过数倍木星质量的伴星，但由于径向速度测量点较少，限制条件略宽松。