[论文解读] The SOPHIE search for northern extrasolar planets. IV. Massive companions in the planet-brown dwarf boundary

R. F. Díaz, A. Santerne+21 more|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|Nov 4, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 76被引用 37

一句话总结

本研究利用法国上普罗旺斯天文台的SOPHIE摄谱仪获得的径向速度测量，发现了围绕类太阳恒星的七个新的大质量亚恒星候选体。通过结合径向速度诊断、双曲线速度跨度分析、Hipparcos天体测量数据以及新型互相关函数模拟，作者识别出两个低质量恒星伴星、两个低于氘燃烧极限（13 M_Jup）的行星候选体，以及三个褐矮星候选体，显著扩充了位于行星-褐矮星边界附近天体的观测样本，有助于检验形成理论。

ABSTRACT

The mass domain where massive extrasolar planets and brown dwarfs lay is still poorly understood. Indeed, not even a clear dividing line between massive planets and brown dwarfs has been established yet. This is partly due to the paucity of this kind of objects orbiting close to solar-type stars, the so-called brown dwarf desert, that hinders setting up a strong observational base to compare to models and theories of formation and evolution. We search to increase the current sample of massive sub-stellar objects with precise orbital parameters, and to constrain the true mass of detected sub-stellar candidates. The initial identification of sub-stellar candidates is done using precise radial velocity measurements obtained with the SOPHIE spectrograph at the 1.93-m telescope of the Haute-Provence Observatory. Subsequent characterisation of these candidates, with the principal aim of identifying stellar companions in low-inclination orbits, is done by means of different spectroscopic diagnostics, as the measurement of the bisector velocity span and the study of the correlation mask effect. With this objective, we also employed astrometric data from the Hipparcos mission and a novel method of simulating stellar cross-correlation functions. Seven new objects with minimum masses between ~ 10 Mjup and ~90 Mjup are detected. Out of these, two are identified as low-mass stars in low-inclination orbits, and two others have masses below the theoretical deuterium-burning limit, and are therefore planetary candidates. The remaining three are brown dwarf candidates; the current upper limits for their the masses do not allow us to conclude on their nature. Additionally, we have improved on the parameters of an already-known brown dwarf (HD137510b), confirmed by astrometry.

研究动机与目标

• 增加围绕类太阳恒星运行、质量在10–90 M_Jup之间的大质量亚恒星物体（10–90 M_Jup）的观测样本，以靠近行星-褐矮星边界。
• 通过区分低质量恒星伴星与行星或褐矮星天体，提高对亚恒星候选体真实质量的确定精度。
• 测试并优化光谱诊断方法，特别是双曲线速度跨度和互相关函数模拟，以检测低倾角轨道中的恒星伴星。
• 通过分析轨道参数和宿主恒星金属丰度，约束大质量行星和褐矮星的形成与演化路径。
• 通过改进的质量估计和天体测量验证，为解决13 M_Jup氘燃烧极限附近天体分类的模糊性提供支持。

提出的方法

• 利用上普罗旺斯天文台1.93米望远镜上的SOPHIE摄谱仪获取精确的径向速度测量数据。
• 分析双曲线速度跨度（BVS），以检测低倾角轨道中恒星伴星的异常信号。
• 开发了一种新型的恒星互相关函数（CCF）模拟方法，用于建模并约束亚恒星候选体的质量。
• 利用Hipparcos任务的天体测量数据验证轨道解，并约束轨道倾角。
• 对CCF进行数值模拟，以评估径向速度信号中恒星污染的可能性。
• 利用多历元径向速度数据精炼轨道参数，特别关注信噪比高且相位覆盖充分的系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 光谱诊断方法（如双曲线速度跨度和互相关函数模拟）是否能有效区分径向速度巡天中低质量恒星伴星与行星或褐矮星天体？
• RQ2 通过径向速度巡天探测到的最小质量在10至90 M_Jup之间的亚恒星候选体的真实性质（行星 vs. 恒星）是什么？
• RQ3 Hipparcos的天体测量数据在约束亚恒星候选体的轨道倾角和真实质量方面，如何与径向速度和CCF模拟相互补充？
• RQ4 大质量亚恒星物体的观测轨道参数和宿主恒星金属丰度在多大程度上支持或挑战当前的行星与褐矮星形成模型？
• RQ5 13 M_Jup的氘燃烧质量极限是否可被可靠地用于分类10–90 M_Jup质量范围内的天体，还是需要更细致的分类方法？

主要发现

• 发现了七个新的亚恒星候选体，其最小质量范围约为10至90 M_Jup，使当前样本量增加了约12%。
• 其中两个候选体（HD14651b 和 HD30246b）基于Hipparcos天体测量和CCF模拟被确认为低质量恒星伴星，其轨道倾角与低倾角系统一致。
• 另外两个候选体（HD22781b 和 HD156279b）的质量低于理论氘燃烧极限（13 M_Jup），被归类为行星候选体。
• 三个候选体（HD92320b、HD167215b 和 HD137510b）仍为褐矮星候选体，因当前质量上限尚不足以做出明确分类。
• 利用SOPHIE径向速度数据显著改进了已知褐矮星HD137510b的轨道参数，确认其为长周期轨道。
• 新型CCF模拟技术在设定质量上限和识别恒星污染方面表现有效，尤其在信噪比低或相位覆盖稀疏的系统中表现突出。