[论文解读] The HARPS search for southern extra-solar planets: XXVI: Seven new planetary systems

C. Moutou, M. Mayor+11 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用 32

一句话总结

本论文通过欧洲南方天文台3.6米望远镜上的HARPS仪器进行径向速度测量，发现了七个新的系外行星系统。研究报告了质量在0.3至29 M_Jup之间、轨道周期从0.7年至10年的巨型行星，主要围绕金属丰度较低的恒星运行，同时在两个先前被误认为是行星信号的系统中识别出恒星活动周期。

ABSTRACT

We are conducting a planet search survey with HARPS since seven years. The volume-limited stellar sample includes all F2 to M0 main-sequence stars within 57.5 pc, where extrasolar planetary signatures are systematically searched for with the radial-velocity technics. In this paper, we report the discovery of new substellar companions of seven main-sequence stars and one giant star, detected through multiple Doppler measurements with the instrument HARPS installed on the ESO 3.6m telescope, La Silla, Chile. These extrasolar planets orbit the stars HD 1690, HD 25171, HD 33473A, HD 89839, HD 113538, HD 167677 and HD 217686. The already-published giant planet around HD 72659 is also analysed here, and its elements are better determined by the addition of HARPS and Keck data. The other discoveries are giant planets in distant orbits, ranging from 0.3 to 29 MJup, in mass and between 0.7 and 10 years in orbital period. The low metallicity of most of these new planet-hosting stars reinforces the current trend for long-distance planets around metal-poor stars. Long-term radial-velocity surveys allow probing the outskirts of extrasolar planetary systems, although confidence in the solution may be low until more than one orbital period is fully covered by the observations. For many systems discussed in this paper, longer baselines are necessary to refine the radial-velocity fit and derive planetary parameters. The radial-velocity time series of stars BD -114672 and HIP 21934 are also analysed and their behaviour interpreted in terms of the activity cycle of the star, rather than long-period planetary companions.

研究动机与目标

• 利用HARPS仪器的高精度径向速度测量，识别并表征新的系外行星系统。
• 在距离57.5 pc以内的体积受限样本中，研究金属丰度较低的恒星周围长周期巨型行星的出现频率。
• 在径向速度时间序列中区分行星信号与恒星磁场活动周期。
• 通过结合HARPS与凯克望远镜的数据，改进对先前已知系统的轨道参数确定。
• 评估当轨道覆盖不完整时（尤其是长周期行星），径向速度解的可靠性。

提出的方法

• 对距离57.5 pc内F2至M0型主序星的11颗恒星进行径向速度测量，使用HARPS光谱仪。
• 通过Fe I和Fe II谱线的等效宽度，利用MOOG代码和Kurucz模型大气，进行光谱分析以推导恒星参数（T_eff, log g, [Fe/H]）。
• 基于光度和有效温度，结合贝叶斯分析与理论演化轨迹，估算恒星质量、半径和年龄。
• 通过互相关函数的宽度与对比度测量投影旋转速度，并通过log R′_HK评估活动水平。
• 使用开普勒轨道模型拟合径向速度时间序列以检测行星伴星，通过残差和卡方减少值评估模型质量。
• 评估径向速度中的长期趋势与漂移，以区分行星信号与恒星磁活动周期。

实验结果

研究问题

• RQ1 在距离57.5 pc内对F2至M0型主序星的HARPS径向速度巡天中，可探测到哪些行星系统？
• RQ2 新探测到的行星的轨道参数与质量如何与恒星金属丰度相关？
• RQ3 在轨道覆盖不完整的情况下，长周期行星信号的可靠探测程度如何？
• RQ4 归因于长周期行星的径向速度变化，是否可由恒星活动周期解释？
• RQ5 结合HARPS与凯克数据，如何改善对已知行星HD 72659 b的轨道解？

主要发现

• 发现了七个新的行星系统：HD 1690 b、HD 25171 b、HD 33473A b、HD 89839 b、HD 113538 b和c、HD 167677 b，以及HD 217786 b，其质量均在0.3至29 M_Jup之间。
• 新发现行星的轨道周期范围从0.7年（HD 113538 b）至10年（HD 217786 b），其中HD 167677 b的周期为1814天。
• 通过结合HARPS与凯克数据，对HD 72659 b的径向速度解进行了优化，得到更精确的轨道解，卡方减少值为1.6，残差噪声为29 m/s。
• 对HD 113538系统确认为双行星系统，轨道周期分别为263.3天（b）和1657天（c），质量分别为0.27 M_Jup和0.71 M_Jup。
• BD -114672与HIP 21934的径向速度变化最可能由恒星活动周期解释，而非行星伴星，其log R′_HK值分别为-4.99和-4.86。
• 这些系统显示出长周期行星倾向于围绕金属丰度较低的恒星运行的趋势，[Fe/H]值范围为-0.29至+0.025，进一步支持了低金属丰度环境下行星形成机制的现有理解。