[论文解读] The CORALIE survey for southern extrasolar planets XVII. New and updated long period and massive planets

M. Marmier, D. Ségransan+25 more|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|Nov 27, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 35被引用 33

一句话总结

本论文通过长期径向速度监测，利用CORALIE和HARPS光谱仪发现了七颗新的长周期、大质量系外行星（2200–5500天，1–10.5 MJup）。其中五颗行星表现出高偏心率（>0.57），表明在多重系统中可能存在科兹艾机制激发，而其余三颗行星的偏心率成因尚不明确，为冰线以外的行星形成与迁移模型提供了关键数据。

ABSTRACT

Since 1998, a planet-search program around main sequence stars within 50 pc in the southern hemisphere, is carried out with the CORALIE echelle spectrograph at La Silla Observatory. With an observing time span of more than 14 years, the CORALIE survey is now able to unveil Jovian planets on Jupiter's period domain. This growing period-interval coverage is important regarding to formation and migration models since observational constraints are still weak for periods beyond the ice line. Long-term precise Doppler measurements with the CORALIE echelle spectrograph, together with a few additional observations made with the HARPS spectrograph on the ESO 3.6m telescope, reveal radial velocity signatures of massive planetary companions in long period orbits. In this paper we present seven new planets orbiting HD27631, HD98649, HD106515A, HD166724, HD196067, HD219077, and HD220689 together with the CORALIE orbital parameters for three already known planets around HD10647, HD30562, and HD86226. The period range of the new planetary companions goes from 2200 to 5500 days and covers a mass domain between 1 and 10.5 MJup. Surprisingly, five of them present quite high eccentricities above e>0.57. A pumping scenario by Kozai mechanism may be invoked for HD106515Ab and HD196067b which are both orbiting stars in multiple systems. As the presence of a third massive body can't be inferred from the data of HD98649b, HD166724b, and HD219077b, the origin of the eccentricity of these systems remains unknown. Except for HD10647b, no constraint on the upper mass of the planets is provided by Hipparcos astrometric data. Finally it is interesting to note that the hosts of these long period planets show no metallicity excess.

研究动机与目标

• 利用高精度径向速度测量，在南天球探测长周期、大质量系外行星。
• 利用更新的数据，改进三颗已知行星（HD 10647b、HD 30562b、HD 86226b）的轨道参数估计。
• 研究长周期气态巨行星高偏心率的成因，特别是在多重恒星系统中的情况。
• 评估恒星金属丰度与动力学相互作用在4 AU以外区域大质量行星形成与演化中的作用。
• 为外行星系统外缘的行星形成与迁移模型提供观测约束。

提出的方法

• 利用拉西拉天文台1.2米瑞士望远镜上的CORALIE阶梯光谱仪进行长期径向速度监测，并补充了欧洲南方天文台3.6米望远镜上的HARPS数据。
• 采用精确多普勒测量法进行数据分析，对90%的目标实现长期精度优于10 ms⁻¹，对“安静”恒星子样本则达到6 ms⁻¹或更好。
• 通过径向速度曲线建模进行轨道拟合与参数估计，整合了已知系统的更新时间序列数据。
• 应用科兹艾机制解释围绕多重系统中恒星运行的行星的高偏心率，特别是HD 106515Ab和HD 196067b。
• 使用柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫检验，对单星系统与多重系统中偏心率与金属丰度分布进行统计比较，以评估显著性。
• 利用依巴谷星表的天体测量数据评估质量上限，但大多数系统未获得显著约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在新发现的七颗长周期系外行星中，有五颗表现出高于0.57的轨道偏心率？
• RQ2 科兹艾机制能否解释围绕多重系统中恒星运行的行星（如HD 106515A和HD 196067）的高偏心率？
• RQ3 为何三颗新发现的行星（HD 98649b、HD 166724b、HD 219077b）虽无第三颗大质量天体的证据，却表现出高偏心率？
• RQ4 恒星金属丰度与4 AU以外区域大质量行星的出现是否存在相关性，特别是在多重系统中？
• RQ5 长周期行星的探测偏倚如何影响1–4 AU与>4 AU区域观测到的偏心率分布？

主要发现

• 发现了七颗新的大质量系外行星，轨道周期介于2200至5500天之间，质量范围为1至10.5 MJup。
• 新发现的五颗行星中，有超过0.57的轨道偏心率，表明受到强烈的动力学影响。
• 对于HD 106515Ab和HD 196067b，由于其主星位于半长轴大于40 AU的宽距双星系统中，科兹艾机制是合理的解释。
• HD 98649b、HD 166724b和HD 219077b的高偏心率成因尚不明确，因径向速度数据中未探测到第三颗大质量天体。
• 新行星宿主恒星中未发现显著的金属丰度过剩，但金属丰度较高的恒星周围在4 AU以外区域出现气态巨行星的趋势在多重系统中依然存在。
• 对HD 86226b的轨道参数进行了优化，其偏心率显著降低（从e=0.73降至e=0.15），周期也更长，表明数据质量和建模水平得到提升。