[论文解读] The CORALIE survey for southern extra-solar planets XV. Discovery of two eccentric planets orbiting HD4113 and HD156846

Omer Tamuz, D. Ségransan+11 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 44

一句话总结

本论文通过智利拉西拉天文台1.2米欧洲望远镜上的CORALIE摄谱仪获得的径向速度测量，报告发现了两颗高度椭圆轨道的系外行星HD 4113 b和HD 156846 b。这两颗行星均表现出极高的偏心率（e ≈ 0.90 和 0.85），且其系统中存在遥远的恒星伴星，表明由第三颗天体引发的科亚周期振荡最可能是导致其高轨道偏心率的原因。

ABSTRACT

We report the detection of two very eccentric planets orbiting HD4113 and HD156846 with the CORALIE Echelle spectrograph mounted on the 1.2-m Euler Swiss telescope at La Silla. The first planet, HD4113b, has minimum mass of $m\sin{i}=1.6\pm0.2 M_{ m Jup}$, a period of $P=526.59\pm0.21$ days and an eccentricity of $e=0.903\pm0.02$. It orbits a metal rich G5V star at $a=1.28$ AU which displays an additional radial velocity drift of 28 m s$^{-1}$/yr observed during 8 years. The combination of the radial-velocity data and the non-detection of any main sequence stellar companion in our high contrast images taken at the VLT with NACO/SDI, characterizes the companion as a probable brown dwarf or as a faint white dwarf. The second planet, \object{HD 156846 b}, has minimum mass of $m\sin{i}=10.45\pm0.05$ M$_{ m Jup}$, a period of $P=359.51\pm0.09 $ days, an eccentricity of $e=0.847\pm0.002$ and is located at $a=1.0$ AU from its parent star. HD156846 is a metal rich G0 dwarf and is also the primary of a wide binary system ($a>250$ AU, $P>4000$ years). Its stellar companion, \object{IDS 17147-1914 B}, is a M4 dwarf. The very high eccentricities of both planets can be explained by Kozai oscillations induced by the presence of a third object.

研究动机与目标

• 利用高精度径向速度测量，探测并表征南天金属丰度较高的G型恒星周围的低质量伴星。
• 研究系外行星中极端轨道偏心率的成因，特别是那些偏心率超过 e = 0.8 的情况。
• 确定宽双星系统中存在遥远恒星伴星是否足以通过科亚机制解释某些系外行星中观测到的高偏心率。
• 评估科亚机制作为多体系外行星系统中偏心率激发的驱动机制的可行性。
• 通过径向速度漂移和高对比度成像，约束假定的第三颗伴星的性质。

提出的方法

• HD 4113和HD 156846的径向速度测量分别在8年和4.5年内，使用智利拉西拉天文台1.2米欧洲瑞士望远镜上的CORALIE摄谱仪获得。
• 通过将开普勒轨道模型拟合至径向速度数据，推导出轨道解，包括周期（P）、半振幅（K）、偏心率（e）、近日点角（ω）和过近日点时刻（T₀）等参数。
• 基于外层伴星的质量和轨道参数，采用Ford等（2000）的理论框架估算科亚振荡 timescale。
• 使用Holman等（1997）的公式计算广义相对论进动 timescale，以与科亚 timescale 进行比较。
• 利用甚大望远镜/NACO/SDI仪器进行高对比度成像，以搜寻恒星伴星，未检测到的结果用于约束外层伴星的性质。
• 利用标准光谱分析技术，从高信噪比的CORALIE光谱中推导出恒星参数，包括有效温度、表面重力、金属丰度和质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 HD 4113 b和HD 156846 b中观测到的极端轨道偏心率（e > 0.8）是由什么引起的？
• RQ2 在宽双星系统中存在遥远恒星伴星是否足以通过科亚机制解释其高偏心率？
• RQ3 对于这两个系统，科亚振荡 timescale 与广义相对论进动 timescale 及系统年龄相比如何？
• RQ4 考虑到径向速度漂移和缺乏直接探测，HD 4113和HD 156846系统中未见的第三颗伴星的性质是什么？
• RQ5 观测到的偏心率是否与由遥远伴星引起的长期摄动演化一致？

主要发现

• HD 4113 b的最小质量为1.6 ± 0.2 M_Jup，轨道周期为526.59 ± 0.21天，偏心率为0.903 ± 0.02，使其成为目前已知偏心率最高的系外行星之一。
• HD 156846 b的最小质量为10.45 ± 0.05 M_Jup，周期为359.51 ± 0.09天，偏心率为0.8472 ± 0.0016，位列目前已知最偏心的行星之中。
• HD 4113的科亚振荡 timescale 为6.2 × 10³年，远短于系统年龄（4.8–8.0 Gyr），表明科亚振荡在动力学上是活跃的。
• HD 156846的科亚 timescale 为5.5 × 10⁶年，同样短于系统年龄（2.1–2.7 Gyr），支持科亚机制的可行性。
• 广义相对论进动 timescale 显著更长（HD 4113为7.6 Gyr，HD 156846为1.1 Gyr），意味着相对论效应不会抑制科亚振荡。
• HD 4113的径向速度漂移为27.8 ± 0.3 m s⁻¹ yr⁻¹，且高对比度成像未探测到主序星伴星，表明外层伴星很可能是棕矮星或白矮星。