[论文解读] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXII. Only 4 planets in the Gl~581 system

T. Forveille, X. Bonfıls+15 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 19

一句话总结

本研究重新分析了欧洲南方天文台3.6米望远镜上HARPS仪器获取的径向速度数据，以重新评估Gl 581系统中提出的两颗超级类地行星（Gl 581f和Gl 581g）的存在性。在将先前的119组测量数据与新增的121组测量数据结合后，作者未发现支持这两颗行星存在的显著信号，结论认为它们不太可能以Vogt等人（2010年）报告的参数存在，同时以高置信度排除了最内侧行星Gl 581e的凌星可能。

ABSTRACT

The Gl 581 planetary system has generated wide interest, because its 4 planets include both the lowest mass planet known around a main sequence star other than the Sun and the first super-Earth planet in the habitable zone of its star. A recent paper announced the possible discovery of two additional super-Earth planets in that system, one of which would be in the middle of the habitable zone of Gl 581. The statistical significance of those two discoveries has, however, been questioned. We have obtained 121 new radial velocity measurements of Gl 581 with the HARPS spectrograph on the ESO 3.6 m telescope, and analyse those together with our previous 119 measurements of that star to examine these potential additional planets. We find that neither is likely to exist with their proposed parameters. We also obtained photometric observations with the 2.5 m Isaac Newton Telescope during a potential transit of the inner planet, Gl 581e, which had a 5% geometric transit probability. Those observations exclude transits for planet densities under 4 times the Earth density within -0.2 sigma to +2.7 sigma of the predicted transit center.

研究动机与目标

• 检验Gl 581系中两颗提议的超级类地行星Gl 581f和Gl 581g的统计显著性。
• 评估已知四颗行星（b、c、d、e）的径向速度残差中是否在Gl 581f和Gl 581g的周期处存在一致信号。
• 利用来自伊萨克·牛顿望远镜的高精度光度观测，评估Gl 581e发生凌星的可能性。
• 优化Gl 581系统中四颗已确认行星的轨道参数和最小质量。
• 确定观测到的径向速度残差是否与噪声一致，或是否需要额外的行星信号。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台拉西拉天文台3.6米望远镜上的HARPS光谱仪，获取了Gl 581的121组新的高精度径向速度测量数据。
• 将这些新数据与Mayor等人（2009年）先前发表的119个径向速度数据点合并。
• 对合并后的径向速度数据拟合四颗行星模型，以优化Gl 581b、c、d和e的轨道参数与最小质量。
• 通过分析四颗行星拟合后的残差，检验Gl 581f（433天）和Gl 581g（33天）提议周期处是否存在一致信号。
• 进行周期图分析，以评估与Gl 581f和Gl 581g参数相同的行星的可探测性，包括相位偏移测试以确认诊断灵敏度。
• 利用2.5米伊萨克·牛顿望远镜在Gl 581e预计凌星窗口期间对Gl 581进行光度监测，达到0.08%的均方根精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Gl 581系统的径向速度残差中，是否在433天周期处存在与Gl 581f声称一致的相干信号？
• RQ2 在Gl 581g提议的33天周期处，径向速度数据中是否存在显著信号？
• RQ3 观测到的径向速度残差是否可完全由噪声解释，还是需要额外的行星信号？
• RQ4 基于光度观测，最内侧行星Gl 581e是否可能发生凌星？
• RQ5 在现有光度数据下，Gl 581e的凌星深度最大可被排除至何种程度？

主要发现

• 四颗行星拟合后的径向速度残差在Gl 581f（433天）和Gl 581g（33天）周期处均未显示一致信号，且在这些周期处也未发现1.2 m/s的信号证据。
• 将Vogt等人（2010年）报告参数的行星加入模型后，残差的减少卡方值提高了75%，表明拟合效果差。
• 当对Gl 581f和Gl 581g周期处的两个额外行星进行自由振幅和相位的拟合时，推导出的振幅仅为16 cm/s和40 cm/s，远低于预期的1.2 m/s振幅。
• 光度观测在预测凌星中心前后-20至+210分钟内，排除了Gl 581e凌星深度超过0.06%的可能性，对应最小密度为地球密度的4.4倍。
• Gl 581d的修正最小质量现为6 M⊕，使其更可能为岩石构成，从而改善其宜居性前景。
• 该系统很可能仅包含四颗行星，Gl 581f和Gl 581g的存在并未得到数据支持。