[论文解读] The HARPS search for southern extra-solar planets XXXVI: Five new long-period giant planets and a system update

C. Moutou, G. Lo Curto+11 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 17

一句话总结

本研究通过使用欧洲南方天文台3.6米望远镜上的HARPS光谱仪进行径向速度测量，发现了五颗新的长周期类木系外行星，并对两颗先前已知的系系进行了精细化分析。主要贡献在于探测到轨道周期为4.56至1684天的行星，包括围绕活跃恒星HD 103720运行的一颗热木星，以及对HD 113538和BD-114672行星系统的轨道参数改进，凸显了在低噪声环境中恒星活动带来的挑战。

ABSTRACT

We describe radial-velocity time series obtained by HARPS on the 3.60 m telescope in La Silla (ESO, Chile) over ten years and report the discovery of five new giant exoplanets in distant orbits; these new planets orbit the stars HD 564, HD 30669, HD 108341, and BD-114672. Their periods range from 492 to 1684 days, semi-major axes range from 1.2 to 2.69 AU, and eccentricities range from 0 to 0.85. Their minimum mass ranges from 0.33 to 3.5 Mjup. We also refine the parameters of two planets announced previously around HD 113538, based on a longer series of measurements. The planets have a period of 663+-8 and 1818+-25 days, orbital eccentricities of 0.14+-0.08 and 0.20+-0.04, and minimum masses of 0.36+-0.04 and 0.93+-0.06 Mjup. Finally, we report the discovery of a new hot-Jupiter planet around an active star, HD 103720; the planet has a period of 4.5557+-0.0001 days and a minimum mass of 0.62+-0.025 Mjup. We discuss the fundamental parameters of these systems and limitations due to stellar activity in quiet stars with typical 2m/s radial velocity precision.

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类木系外行星。
• 通过延长观测基线，改进HD 113538和BD-114672系统中先前宣布的行星的轨道参数估计。
• 研究恒星活动对径向速度精度的影响，特别是在本征抖动较低的安静恒星中。
• 表征恒星的物理参数，并评估其对行星探测极限的影响。
• 通过弥合径向速度与直接成像探测空间的差距，为行星系统结构提供更完整的图景。

提出的方法

• 利用位于智利拉西拉的欧洲南方天文台3.6米望远镜上的HARPS光谱仪，在十年间收集了径向速度时间序列数据。
• 通过结合HARPS光谱和ARES代码的光谱分析，推导出有效温度、表面重力、金属量和质量等恒星参数。
• 使用开普勒轨道模型对径向速度数据进行拟合，并通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法估算不确定性。
• 通过辅助诊断指标监测恒星活动：双曲线跨度、互相关函数的全宽半高（FWHM）以及CaII H和K指数。
• 应用贝叶斯分析，通过将观测参数与理论等时线进行比较，推导出恒星质量、半径和年龄。
• 对轨道拟合后的残差进行分析，以评估行星信号的显著性，并检测潜在的活动诱导噪声。

实验结果

研究问题

• RQ1 HARPS南天巡天中发现的五颗新长周期类木系外行星的轨道和物理参数是什么？
• RQ2 延长的观测基线在多大程度上提高了HD 113538和BD-114672系统中先前探测到的行星轨道参数的精度？
• RQ3 恒星活动在多大程度上限制了对长周期行星低振幅径向速度信号的探测？
• RQ4 恒星磁周期对径向速度测量有何影响，特别是在BD-114672这类系统中？
• RQ5 恒星特性（如金属量和年龄）与探测到的行星系统之间存在何种相关性？

主要发现

• 发现了五颗新的长周期类木系外行星：HD 103720 b（P = 4.5557 ± 0.0001天，m sin i = 0.620 ± 0.025 M Jup）、HD 564 b（P = 492.3 ± 2.3天，m sin i = 0.33 ± 0.03 M Jup）、HD 108341 b（P = 1684 ± 61天，m sin i = 0.47 ± 0.06 M Jup）、BD-114672 b（P = 1667 ± 33天，m sin i = 0.53 ± 0.05 M Jup），以及BD-114672的第二颗行星（P = 1129 ± 8天）。
• 对HD 113538系统中两颗行星的轨道参数进行了优化：HD 113538 b的P = 663.2 ± 8.4天，e = 0.14 ± 0.08，m sin i = 0.36 ± 0.04 M Jup；HD 113538 c的P = 1818 ± 25天，e = 0.20 ± 0.04，m sin i = 0.93 ± 0.06 M Jup。
• 围绕HD 103720的行星是一颗热木星，周期为4.5557 ± 0.0001天，最小质量为0.620 ± 0.025 M Jup，尽管其母恒星活动水平较高，仍被成功探测到。
• 轨道拟合后的残差散射（σ(O-C)）范围为1.1至13.1 m s⁻¹，最低值（1.1–2.9 m s⁻¹）表明最稳定的系统具有高保真度的解。
• BD-114672系统原先归因于磁周期，但长期监测后现确认存在周期为1129 ± 8天、偏心率e = 0.05 ± 0.06的行星信号，表明其具有行星起源。
• 恒星活动，特别是磁周期和表面不均匀性，被发现是径向速度噪声的主要来源，使用log R′HK和双曲线跨度等活动指标对这些效应进行了校正。