[论文解读] Tracking Advanced Planetary Systems with HARPS-N (TAPAS). I. A multiple planetary system around the red giant star TYC 1422-614-1

A. Niedzielski, E. Villaver+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 120被引用 22

一句话总结

本论文报告了利用霍比-埃伯利望远镜和HARPS-N的径向速度测量，在演化后的K2型巨星TYC 1422-614-1周围发现了一个多行星系统。该系统包含两颗质量较大的伴星：一颗质量为msini = 2.5 M_J、轨道半长轴为0.69 AU的行星，以及一颗质量为msini = 10 M_J、轨道半长轴为1.37 AU的棕矮星，使其成为目前已知少数在巨星附近如此接近位置拥有大质量伴星的系统之一。

ABSTRACT

Context. Stars that have evolved-off the Main Sequence are crucial in expanding the frontiers of knowledge on exoplanets toward higher stellar masses, and to constrain star-planet interaction mechanisms. These stars, however suffer from intrinsic activity that complicates the interpretation of precise radial velocity measurement and are often avoided in planet searches. We have, over the last 10 years, monitored about 1000 evolved stars for radial velocity variations in search for low-mass companions under the Penn State - Toruń Centre for Astronomy Planet Search with the Hobby-Eberly Telescope. Selected prospective candidates that required higher RV precision meassurements have been followed with HARPS-N at the 3.6 m Telescopio Nazionale Galileo. Aims. To detect planetary systems around evolved stars, to be able to build sound statistics on the frequency and intrinsic nature of these systems, and to deliver in-depth studies of selected planetary systems with evidences of star-planet interaction processes. Methods. We have obtained for TYC 1422-614-1 69 epochs of precise radial velocity measurements collected over 3651 days with the Hobby-Eberly Telescope, and 17 epochs of ultra precise HARPS-N data collected over 408 days. We have complemented these RV data with photometric time-series from the All Sky Automatic Survey archive. Results. We report the discovery of a multiple planetary system around the evolved K2 giant star TYC 1422-614-1. The system orbiting the 1.15 M$_\odot$ star is composed of a planet with mass m$sin i$=2.5 M$_J$ in a 0.69 AU orbit, and a planet/brown dwarf with m$sin i$=10 M$_J$ in a 1.37 AU orbit. The multiple planetary system orbiting TYC 1422-614-1 is the first finding of the TAPAS project, a HARPS-N monitoring of evolved planetary systems identified with the Hobby-Eberly Telescope.

研究动机与目标

• 探测并表征围绕演化恒星的行星系统，特别是那些具有高恒星质量与复杂活动性的系统，以扩展对行星形成与演化机制的理解。
• 克服演化恒星内在恒星活动对精确径向速度测量带来的挑战。
• 建立关于演化恒星周围行星系统频率与性质的统计洞察，尤其是那些表现出恒星-行星相互作用迹象的系统。
• 对选定系统（如TYC 1422-614-1）进行深入研究，以探究大质量行星与棕矮星的形成机制。
• 检验盘碎片化与核心吸积模型在演化恒星周围近轨道位置形成大质量伴星的可行性。

提出的方法

• 利用霍比-埃伯利望远镜（HET）在3651天内获取69个径向速度（RV）测站，用于初步探测RV变化。
• 在3.6米意大利国家伽利略望远镜（TNG）上，利用HARPS-N在408天内获取17次超高精度RV测量，以确认并优化轨道参数。
• 结合ASAS全天自动巡天的光变曲线数据，评估恒星活动并检测自转调制现象。
• 进行光谱分析以确定恒星参数，其中光变调制测得473天的自转周期。
• 应用开普勒轨道模型拟合RV数据，识别多个行星信号，同时分析残差以探测额外信号。
• 利用Hα指数（IHα）和光变变异性评估恒星活动对RV测量的影响，以区分行星与恒星起源的信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在高内在恒星活动，精确的径向速度监测是否能够探测到演化巨星周围的行星系统？
• RQ2 TYC 1422-614-1系统的轨道参数与最小质量为何？与其他已知系统相比有何特征？
• RQ3 何种形成机制——盘碎片化还是核心吸积——可解释在金属量低于太阳的巨星周围1.37 AU处存在大质量棕矮星的现象？
• RQ4 潮汐相互作用与轨道衰减如何影响此类系统中行星的长期演化？它们将在何时被恒星吞噬？
• RQ5 内侧存在大质量行星、外侧存在大质量伴星的系统是否挑战当前的行星与棕矮星形成模型？

主要发现

• 在K2型巨星TYC 1422-614-1周围发现了一个多行星系统，两颗伴星均通过径向速度变化探测到。
• 内侧行星的最小质量为2.5 M_J，轨道半长轴为0.69 AU；外侧行星的最小质量为10 M_J，轨道半长轴为1.37 AU。
• 该系统是目前已知仅五个围绕巨星的多行星系统之一，也是TAPAS项目首次发现的此类系统。
• ASAS的恒星光变曲线显示自转周期为473天，与光谱估计一致，并表现出与黑子相关的调制特征。
• RV与Hα数据中存在一个长期且微弱的残差信号，可能源于持续的恒星活动或另一未知伴星。
• 由于潮汐相互作用导致的轨道衰减，预计两颗行星将在数亿年内被恒星吞噬，时间早于其演化至红巨星分支顶端阶段。