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論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1512.03596
Beust et al. (2015)
Orbital fitting of imaged planetary companions with high eccentricities and unbound orbits -- Application to Fomalhaut b and PZ Telescopii B
(高軌道離心率や重力的に束縛されていない軌道を持つ、直接撮像された惑星質量天体の軌道フィッテイング:フォーマルハウトbとぼうえんきょう座PZ星Bへの適用)

概要

主系列星の周りを公転する伴星の直接撮像によるフォローアップ観測からは、天球面上に投影された軌道運動が分かる。この際、軌道の決定には MCMC がよく用いられる。これらの直接撮像された系外惑星はしばしば大きな軌道離心率を持ち、場合によっては重力的に束縛されていない軌道を持っている可能性もある。例として、本論文中で注目する対象である、フォーマルハウトbやぼうえんきょう座PZ星B (PZ Tel B)などが挙げられる。

軌道離心率が大きい場合や重力的に束縛されていない場合、通常の束縛された軌道を仮定している MCMC は軌道決定には不適当だと考えられる。ここでの目標は、重力的に束縛されている天体もそうでない天体も両方軌道決定ができる新しい MCMC の手法を考案することである。そして、その手法をフォーマルハウトbとぼうえんきょう座PZ星Bに対して適用することである。

新しいMCMC のコードは、universal Keplerian variables と Stumpff functions の使用に基づいている。

フォーマルハウトbに対して適用した結果、先行研究の結果を確認する結果が得られた。しかし、アストロメトリのデータのみに基づいた場合は、重力的に束縛されていない開いた軌道の解も可能である。惑星が主星のフォーマルハウトに重力的に束縛されている場合は、軌道離心率は ~ 0.9 である。

ぼうえんきょう座PZ星Bに関しては、軌道のフィッテイングをこれまでで初めて行った。その結果、重力的に束縛されている軌道も、されていない軌道も両方に可能であることが分かった。しかし軌道離心率の確率分布は e = 1 付近に非常に鋭い極大を持ち、この天体の起動が準放物軌道であることを示唆する。

最近示唆されている事として、未検出の内側惑星が存在する場合、通常のアルゴリズムでは直接撮像で発見された伴星 (惑星や褐色矮星)の軌道をフィッティングする際に軌道離心率を大きく見積もるという影響がある。ここでは、フォーマルハウトbについてはその可能性は無さそうだという結果が得られた。ぼうえんきょう座PZ星Bに関しては、実際は軌道離心率が e = 0.7 であるにも関わらず、内側に存在する 12木星質量の存在が、e ~ 1であるように見せかける可能性があることが分かった。しかし、そのような系は力学的には不安定である。そのため現状の軌道の解釈が正確であると結論づけた。

直接撮像で発見された惑星

フォーマルハウトb

フォーマルハウト (Formalhaut, みなみのうお座アルファ星, HD 216956, HIP 113368)はスペクトル型 A3V の恒星であり、直接撮像で発見された惑星と思われる天体フォーマルハウトbが ~ 119 AUの位置にある (Kalas et al. 2008)。この天体の正体はまだ議論の余地があり、一般的には低質量の惑星だと考えられている (Janson et al. 2012など)。しかし、より小さい惑星に束縛されたダスト粒子の雲によって反射された中心星の光を観測しているとする説もある (Kalas et al. 2008)。

フォーマルハウトbの軌道要素は初めは参照可能なアストロメトリのデータから推測され、非常に高軌道離心率 (e ≳ 0.8) であり、場合によっては重力的に束縛されていない可能性もあると考えられた (Kalas et al. 2013, Beust et al. 2014)。

最近行われた、惑星とフォーマルハウトまわりのダストベルトの相互作用の研究からは、フォーマルハウトbが別の未検出の惑星と軌道共鳴に入っており、その惑星がダストベルトの力学も左右しているという説も提案されている (Faramaz et al. 2015)。しかしこれはフォーマルハウトbが重力的に束縛されていた天体であることを仮定している。これは有り得ることだが、重力的に束縛されていない解も依然として可能である。

ぼうえんきょう座PZ星B

この系はさらに状況が複雑である。ぼうえんきょう座PZ星 (PZ Tel, HD 174429, HIP 92680)は、G5 星と K8 星の連星であり (Spencer Jones & Jackson 1936, Messina et al. 2010)、年齢が 24 Myrの古いがか座ベータ運動星団 (β Pic mocing group)のメンバーである (Bell et al. 2015, Zuckerman et al. 2001, Torres et al. 2006)。

準恒星質量天体であるぼうえんきょう座PZ星Bは、Mugrauer et al. (2010)と Biller et al. (2010)によって独立に発見された。質量の推定は ~ 20木星質量もしくは ~ 40木星質量である (Ginski et al. 2014, Schmidt et al. 2014)。従ってこの天体は恒星質量以下の天体であると考えられる。

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