[论文解读] The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: Different roads to radii and masses of the target stars

A. Schweitzer, V. M. Passegger+29 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 119被引用 64

一句话总结

该研究利用一种同质方法，将光谱学、光度测量和视差结合起来，为293名近邻M型矮星（由CARMENES观测）推导半径和质量，并比较多种质量/半径确定方法。

ABSTRACT

We determine the radii and masses of 293 nearby, bright M dwarfs of the CARMENES survey. This is the first time that such a large and homogeneous high-resolution (R>80 000) spectroscopic survey has been used to derive these fundamental stellar parameters. We derived the radii using Stefan-Boltzmann's law. We obtained the required effective temperatures $T_{ m eff}$ from a spectral analysis and we obtained the required luminosities L from integrated broadband photometry together with the Gaia DR2 parallaxes. The mass was then determined using a mass-radius relation that we derived from eclipsing binaries known in the literature. We compared this method with three other methods: (1) We calculated the mass from the radius and the surface gravity log g, which was obtained from the same spectral analysis as $T_{ m eff}$. (2) We used a widely used infrared mass-magnitude relation. (3) We used a Bayesian approach to infer stellar parameters from the comparison of the absolute magnitudes and colors of our targets with evolutionary models. Between spectral types M0V and M7V our radii cover the range $0.1\,R_{ ormalsize\odot}

研究动机与目标

• 确定由 CARMENES 观测的近距离 M 型矮星的大样本、同质样本的半径和质量。
• 评估使用多种方法确定半径和质量的准确性与不确定性。
• 将推导参数与替代方法进行比较，以识别系统性差异，特别是对年轻恒星。

提出的方法

• 使用 Stefan-Boltzmann 定律根据光度和有效温度推导恒星半径。
• 通过将 PHOENIX-ACES 合成光谱拟合到高分辨率 VIS 光谱来推导有效温度。
• 通过 SED 积分（VOSA）利用整合的宽带光度和 Gaia DR2 视差计算光度。
• 使用经验质量-半径关系获得质量，并与其他方法（半径+log g、红外 M–K 关系，以及贝叶斯模型比较）进行比较。
• 构建一个多步骤工作流（光度、Teff、半径、质量），并传播各自的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自 CARMENES 调查的 293 名近距离、明亮的 M 型矮星的半径和质量是多少？
• RQ2 不同的质量和半径确定方法在 M 型矮星上的比较如何，差异在哪里（例如年轻天体）？

主要发现

• 半径范围为 0.1 到 0.6 Rsun，典型不确定度为 2–3%。
• 质量范围为 0.09 到 0.6 Msun，典型不确定度为 3–5%。
• 大多数目标的质量估计在不同方法之间具有良好的一致性。
• 对于非常年轻的对象，出现差异，这可由方法中的假设所解释。
• 通过 Gaia 视差和宽带光度确定的光度，典型相对误差为 1–2%。