[论文解读] The Penn State - Toruń Centre for Astronomy Planet Search stars IV. Dwarfs and the complete sample

B. Deka-Szymankiewicz, A. Niedzielski+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用 9

一句话总结

本论文通过利用高分辨率光谱和盖亚/依巴谷视差，完成了宾夕法尼亚州立大学-托伦行星搜索（PTPS）样本的光谱表征，确定了156颗矮星的大气与物理参数，并基于理论等线和盖亚/依巴谷视差对451颗恒星的恒星参数进行了优化。研究建立了统一的、更新后的PTPS全样本分类：132颗矮星、238颗亚巨星和515颗巨星，其中114颗恒星质量超过1.5 M⊙，且在银河系厚盘和晕中存在显著的恒星种群。

ABSTRACT

Our knowledge of the intrinsic parameters of exoplanets is as precise as our determinations of their stellar hosts parameters. In the case of radial velocity searches for planets, stellar masses appear to be crucial. But before estimating stellar masses properly, detailed spectroscopic analysis is essential. With this paper we conclude a general spectroscopic description of the Pennsylvania-Torun Planet Search (PTPS) sample of stars. We aim at a detailed description of basic parameters of stars representing the complete PTPS sample. We present atmospheric and physical parameters for dwarf stars observed within the PTPS along with updated physical parameters for the remaining stars from this sample after the first Gaia data release. We used high resolution (R=60 000) and high signal-to-noise-ratio (S/N=150-250) spectra from the Hobby-Eberly Telescope and its High Resolution Spectrograph. Stellar atmospheric parameters were determined through a strictly spectroscopic local thermodynamic equilibrium analysis (LTE) of the equivalent widths of FeI and FeII lines. Stellar masses, ages, and luminosities were estimated through a Bayesian analysis of theoretical isochrones. We present $T_{eff}$, log$g$ , [Fe/H], micrturbulence velocities, absolute radial velocities, and rotational velocities for 156 stars from the dwarf sample of PTPS. For most of these stars these are the first determinations. We refine the definition of PTPS subsamples of stars (giants, subgiants, and dwarfs) and update the luminosity classes for all PTPS stars. Using available Gaia and Hipparcos parallaxes, we redetermine the stellar parameters (masses, radii, luminosities, and ages) for 451 PTPS stars. The complete PTPS sample of 885 stars is composed of 132 dwarfs, 238 subgiants, and 515 giants, of which the vast majority are of roughly solar mass.

研究动机与目标

• 为完整的885颗PTPS恒星样本提供全面且统一的光谱分析。
• 为156颗矮星精确测定大气参数（Teff, log g, [Fe/H], 微湍流, vsini, RV），其中许多为首次测定。
• 利用理论等线与盖亚/依巴谷视差的贝叶斯分析，更新451颗PTPS恒星的恒星质量、半径、光度和年龄。
• 基于一致的光谱与天体测量标准，重新定义并标准化光度分类子样本（矮星、亚巨星、巨星）。
• 表征PTPS样本的银河系分布与演化状态，特别是高质质量恒星与金属贫乏恒星的比例。

提出的方法

• 利用霍比-埃伯利望远镜及其高分辨率光谱仪（HRS）获取高分辨率（R = 60,000）和高信噪比（S/N = 150–250）的光谱。
• 对Fe I和Fe II谱线等效宽度进行局部热动平衡（LTE）分析，以推导大气参数（Teff, log g, [Fe/H], 微湍流, vsini, 绝对径向速度）。
• 应用贝叶斯推断，将观测到的恒星参数与理论等线匹配，以估算恒星质量、半径、光度和年龄。
• 结合盖亚早期数据释放2和依巴谷视差，提升451颗恒星的距离与光度测定精度。
• 基于更新的光谱与天体测量标准，将所有PTPS恒星重新归类为光度分类（矮星、亚巨星、巨星）。
• 使用SIMBAD和NASA ADS进行交叉识别与文献交叉验证；盖亚DPAC数据用于天体测量校准。

实验结果

研究问题

• RQ1 PTPS样本中156颗矮星的精确大气与物理参数是什么？与以往估计相比有何差异？
• RQ2 在引入盖亚与依巴谷视差后，451颗PTPS恒星的更新后参数（质量、半径、光度、年龄）有何变化？
• RQ3 PTPS样本在光度分类（矮星、亚巨星、巨星）中的重新分布如何？这对系外行星宿主恒星群体的解释有何影响？
• RQ4 PTPS恒星中属于银河系厚盘或晕的比例是多少？与其他系外行星搜索调查相比如何？
• RQ5 更新后的恒星分类与参数估计如何影响对演化恒星周围行星系统演化的理解？

主要发现

• 完整的PTPS样本包含132颗矮星、238颗亚巨星和515颗巨星，其中114颗恒星质量大于1.5 M⊙，30颗超过2 M⊙。
• 29%的PTPS恒星属于银河系厚盘，2%属于晕，表明存在大量金属贫乏且距离较远的恒星，这些恒星通常不在其他系外行星搜索的目标范围内。
• 本研究首次为156颗矮星提供了Teff, log g, [Fe/H], 微湍流, vsini和绝对径向速度的光谱测定结果。
• 最终的巨星子样本共515颗，包括320颗红团巨星和195颗红巨星支恒星，其中检测到21个行星系统（20个位于红团巨星样本中）。
• PTPS巨星样本的系外行星探测率为约4%，与其它主要调查（如Lick K-型巨星巡天、EXPRESS、泛太平洋系外行星搜索）相当，表明其为未来统计研究提供了具有统计显著性的样本。
• 结合盖亚与依巴谷视差对等线进行贝叶斯分析，显著提升了全样本中恒星质量、半径、光度和年龄估计的精度。