[论文解读] The HARPS search for southern extra-solar planets. XVII. Super-Earth and Neptune-mass planets in multiple planet systems HD47186 and HD181433

F. Bouchy, M. Mayor+9 more|ArXiv.org|Dec 9, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用 398

一句话总结

本论文报告了利用HARPS光谱仪对类太阳恒星HD 47186和HD 181433进行径向速度测量，发现了两个多行星系统。HD 47186系统中识别出一颗热海王星（22.78 M⊕）和一颗土星质量行星（0.35 M_J）；HD 181433系统中识别出一颗超级-Earth（7.5 M⊕）及两颗额外的类木行星（0.64和0.54 M_J），这些发现强化了多行星系统中低质量行星的普遍性，并支持中等迁移的核吸积模型。

ABSTRACT

This paper reports on the detection of two new multiple planet systems around solar-like stars HD47186 and HD181433. The first system includes a hot Neptune of 22.78 M_Earth at 4.08-days period and a Saturn of 0.35 M_Jup at 3.7-years period. The second system includes a Super-Earth of 7.5 M_Earth at 9.4-days period, a 0.64 M$_Jup at 2.6-years period as well as a third companion of 0.54 M_Jup with a period of about 6 years. These detections increase to 20 the number of close-in low-mass exoplanets (below 0.1 M_Jup) and strengthen the fact that 80% of these planets are in a multiple planetary systems.

研究动机与目标

• 利用高精度径向速度测量探测并表征多行星系统中的低质量系外行星。
• 研究包含类木行星的系统中近轨道低质量行星的结构特征与形成路径。
• 评估恒星金属丰度与原行星盘质量在塑造行星系统结构中的作用。
• 评估在近轨道低质量系外行星中，多行星系统的普遍性。
• 将核吸积模型的预测与观测到的行星质量与轨道周期分布进行对比检验。

提出的方法

• 利用位于拉西拉天文台的3.6米ESO望远镜上的HARPS光谱仪获取高精度径向速度测量。
• 对HD 47186和HD 181433分别收集了66次和107次径向速度测量，观测时间超过4年，每像素信噪比范围为80–250。
• 通过HARPS数据处理流程推导径向速度，HD 47186的不确定度为0.3–0.6 m s⁻¹，HD 181433为0.4–1.0 m s⁻¹。
• 通过迭代拟合方法检测多个行星信号（包括长周期伴星）以获得轨道解。
• 通过高分辨率HARPS光谱确定恒星参数，包括质量、温度、金属丰度和自转周期。
• 通过精心设计的观测策略与数据处理技术，对恒星活动与星震噪声进行了有效处理。

实验结果

研究问题

• RQ1 HD 47186和HD 181433多行星系统的轨道结构是怎样的？
• RQ2 所探测行星的质量与轨道周期与核吸积与引力不稳定性模型的预测如何比较？
• RQ3 有多少比例的近轨道低质量行星存在于多行星系统中？这对形成理论有何影响？
• RQ4 恒星金属丰度与多颗低质量行星的存在是否存在相关性？
• RQ5 何种迁移机制可解释这些系统中内侧行星当前的位置？

主要发现

• HD 47186系统包含一颗质量为22.78 M⊕、轨道周期为4.08天的热海王星，以及一颗周期为3.7年的土星质量行星（0.35 M_J）。
• HD 181433系统包含一颗质量为7.5 M⊕、周期为9.4天的超级-Earth，一颗质量为0.64 M_J、周期为2.6年的行星，以及第三颗质量为0.54 M_J、周期为6年的伴星。
• 这些探测使近轨道低质量系外行星（质量低于0.1 M_J）的总数达到20颗，其中80%位于多行星系统中。
• 观测到的双峰质量分布（类木行星与低质量行星）与核吸积模型的预测一致，尤其在中等盘质量与中等迁移条件下。
• 两系统的超太阳金属丰度（[Fe/H] = 0.23 和 0.33）支持核吸积模型，即高金属丰度恒星更可能形成类木行星与低质量行星。
• 由于在热海王星轨道半长轴处物质不足，其原位形成可能性较低，表明迁移在该行星形成中发挥了关键作用。