[论文解读] The CORALIE survey for southern extrasolar planets. XVI. Discovery of a planetary system around HD 147018 and of two long period and massive planets orbiting HD 171238 and HD 204313

D. Ségransan, S. Udry+13 more|Infoscience (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)|Aug 11, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 17被引用 43

一句话总结

本论文报告了利用拉西拉天文台1.2米Euler望远镜上的CORALIE摄谱仪获得的径向速度测量，发现了围绕HD 147018的双行星系统，以及围绕HD 171238和HD 204313的两颗长周期、大质量系外行星。关键结果是探测到四颗大质量行星——其中两颗位于多行星系统中，另两颗具有长轨道周期——进一步支持了恒星金属丰度与大质量行星形成之间的相关性。

ABSTRACT

We report the detection of a double planetary system around HD 140718 as well as the discovery of two long period and massive planets orbiting HD 171238 and HD 204313. Those discoveries were made with the CORALIE Echelle spectrograph mounted on the 1.2-m Euler Swiss telescope located at La Silla Observatory, Chile. The planetary system orbiting the nearby G9 dwarf HD 147018 is composed of an eccentric inner planet (e=0.47) with twice the mass of Jupiter (2.1 MJup ) and with an orbital period of 44.24 days. The outer planet is even more massive (6.6 MJup) with a slightly eccentric orbit (e=0.13) and a period of 1008 days. The planet orbiting HD 171238 has a minimum mass of 2.6 MJup, a period of 1523 days and an eccentricity of 0.40. It orbits a G8 dwarfs at 2.5 AU. The last planet, HD 204313 b, is a 4.0 MJup -planet with a period of 5.3 years and has a low eccentricity (e = 0.13). It orbits a G5 dwarfs at 3.1 AU. The three parent stars are metal rich, which further strengthened the case that massive planets tend to form around metal rich stars.

研究动机与目标

• 利用高精度径向速度测量，在南天球探测并表征低质量和大质量系外行星。
• 研究金属丰度较高的恒星周围长周期和大质量行星的轨道结构与物理特性。
• 为行星系统形成过程的统计理解做出贡献，特别是大质量行星的分布特征以及棕矮星空隙现象。
• 通过详细分析宿主恒星性质，评估恒星金属丰度在大质量行星形成中的作用。
• 为新发现的行星提供精确的轨道解，并评估其动力学稳定性和多星系统特性。

提出的方法

• 径向速度测量使用智利拉西拉天文台1.2米Euler望远镜上的CORALIE Echelle摄谱仪获取。
• 通过光谱分析和理论等时线结合贝叶斯估计，利用PARAM 1.0网络工具推导出恒星参数，包括有效温度、金属丰度、质量、半径和年龄。
• 通过将开普勒轨道模型拟合到径向速度数据，计算轨道解，考虑偏心率和轨道周期。
• 利用公式 $ m_p \sin i = \frac{K P^{1/3}}{2 \pi G^{1/3}} $ 从径向速度半振幅推导出行星的最小质量，其中 $ K $ 为半振幅，$ P $ 为轨道周期。
• 在讨论中考虑了天体测量约束，以评估真实质量并区分行星与棕矮星。
• 使用非参数核密度估计对行星质量分布进行统计分析，以评估棕矮星空隙现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 新发现的围绕HD 147018、HD 171238和HD 204313的行星的轨道参数和最小质量是什么？
• RQ2 宿主恒星的金属丰度与大质量、长周期行星的存在之间有何相关性？
• RQ3 质量大于2 M_Jup且轨道半长轴小于6 AU的行星的质量分布形状如何？
• RQ4 观测到的行星系统在多大程度上挑战或支持棕矮星空隙假说？
• RQ5 未来任务如GAIA和PRIMA的天体测量测量在确定大质量行星候选体的真实质量方面能起到多大作用？

主要发现

• 在HD 147018周围发现了一个双行星系统：HD 147018 b的最小质量为2.12 M_Jup，轨道周期为44.24天，偏心率为0.46。
• HD 147018 c是一颗质量更大的行星，最小质量为6.56 M_Jup，轨道周期为1008天，偏心率为0.13。
• HD 171238 b是一颗质量较大的行星，最小质量为2.60 M_Jup，轨道周期为1523天（4.14年），偏心率为0.40。
• HD 204313 b是一颗质量为4.05 M_Jup的行星，轨道周期为5.28年，偏心率较低（e = 0.13），轨道半长轴为3.08 AU。
• 三颗宿主恒星（HD 147018、HD 171238、HD 204313）均为金属丰度较高的恒星，其[Fe/H]值分别为0.10、0.07和0.05，进一步强化了金属丰度与行星形成之间的关联。
• 大质量行星（m_p sin i > 2 M_Jup）的质量分布显示幂律衰减，且在25 M_Jup以内无明显截止，表明在6 AU以内棕矮星空隙现象极不明显。