Czy odkrycie sześciu egzoplanet wokół jednej gwiazdy było „łatwe” jak zliczanie sześciu szczytów w FT?

9

Artykuł phys.org Naukowcy udostępniają publicznie ogromny zestaw danych pobliskich gwiazd, opisujący udostępnienie publicznie dostępnej bazy danych pomiarów prędkości radialnych Echelle; Precyzyjne badanie egzoplanety prędkości radialnej LCES HIRES / KECK . Zobacz także stronę główną KIR 's HIRES .

Przez dwie dekady naukowcy ci kierowali HIRES na ponad 1600 gwiazd „sąsiedzkich”, wszystkie w odległości stosunkowo 100 parseków, czyli 325 lat świetlnych od Ziemi. Przyrząd zarejestrował prawie 61 000 obserwacji, z których każda trwa od 30 sekund do 20 minut, w zależności od dokładności pomiarów. Po zebraniu wszystkich tych danych każda gwiazda w zbiorze danych może mieć kilka dni, lata lub nawet więcej niż dekadę obserwacji.

Ta część zainteresowała mnie szczególnie:

Niedawno odkryliśmy układ sześciu planet obiegający gwiazdę , który jest dużą liczbą” - mówi Burt. „Często nie wykrywamy systemów z więcej niż trzema lub czterema planetami, ale z powodzeniem możemy zmapować wszystkie sześć w tym systemie, ponieważ mieliśmy ponad 18 lat danych na temat gwiazdy macierzystej”. (podkreślenie dodane)

W bardzo prostych przypadkach jednej, a może dwóch planet o minimalnej interplanetarnej interakcji grawitacyjnej, transformata Fouriera o ładnym, długim, ciągłym pomiarze prędkości promieniowej wykazałaby dwa główne piki i ewentualnie inne artefakty. Gdyby ruch gwiezdny indukowany przez każdą planetę miał podobną wielkość, analiza mogłaby być dość prosta.

Ale w przypadku przypadku sześciu planet wspomnianego w cytacie (nie wiem, który to jest) i niejednolitego pokrycia czasu (jest to ankieta), jak przeprowadzono tę analizę? Samotnie szczyty? Lub po prostu wrzuć to do superkomputerowej symulacji każdej możliwej kombinacji i pozwól, aby symulowane wyżarzanie trwało przez miesiąc?

A może chodziło także o „pracę detektywistyczną” - założenia, ograniczenia miejsca do umieszczenia, a nawet włączenie innych danych spoza badania?

O o
źródło
3
Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn. Saturn (# 6) ma okres orbitalny 29 lat. Mając dane z 18 lat, nigdy ich nie wykryją. Musi to być dziwnie rozłożony układ słoneczny w porównaniu do naszego. Dwie, trzy orbity byłyby dobre dla Fouriera.
Wayfaring Stranger
@WayfaringStranger może być prawdą, jeśli jedyną analizą zestawu danych była odmiana Fouriera. Możesz również bezpośrednio analizować zmiany prędkości w czasie. Myślę, że przy kilkudziesięciu pomiarach prędkości w ciągu 18 lat z dokładnością do 1 metra / s możesz być w stanie pokazać, że po Jowiszu jest co najmniej coś wielkiego. Nie jestem pewien, czy potrafiłbyś jednoznacznie rozwiązać Saturna i Urana, ale jeśli zadasz pytanie, opublikuję odpowiedź z analizą.
uhoh
1
@ -> uhoh Całkiem dobrze. Widzę, jak dodanie innych metod poprawiłoby rozdzielczość i nie chcę angażować się w starą dyskusję „jakie typy dopasowania krzywej są tutaj ważne”. Skoncentrowałem się na samym Fourierze, ponieważ tak sformułowano pytanie.
Wayfaring Stranger

Odpowiedzi:

9

Podejrzewam, że rekordzistą (stan na 14.02.2017) jest HD 10180, która ma co najmniej 7 planet i możliwe dowody nawet dla 9.

Lovis i in. (2011) ogłosił wstępne odkrycie na podstawie 190 pomiarów prędkości radialnej wykonanych w ciągu 6 lat. Precyzja pomiarów wynosiła 0,3-0,9 m / s.

Rozdział 4 tego artykułu opisuje, w jaki sposób podchodzą do znajdowania planet w danych. Jest to hybryda metod Fouriera i dopasowania. Po znalezieniu każdego piku w periodogramie jest on dodawany do modelu, który jest następnie iterowany w celu znalezienia najlepszego rozwiązania.

Kolejne planety zmniejszają rozproszenie wartości skutecznej wokół przewidywanej krzywej prędkości radialnej. Ostatecznie należy ocenić, czy poprawa statystyki dopasowania uzasadnia dodanie do modelu innej planety (i większej liczby wolnych parametrów). Końcowa wartość skuteczna po dodaniu 7 planet wyniosła nieco ponad 1 m / s, co jest gorsze niż oczekiwana precyzja, ale które Lovis i in. atrybut (prawdopodobnego) jittera prędkości radialnej z powodu aktywności gwiazdy. Model orbitalny zostaje następnie dopracowany, aby uwzględnić skutki interakcji planeta-planeta i siły pływowe.

Amplitudy prędkości radialnej przypisywane do każdej planety wynoszą od 0,8-4,5 m / s. Najbardziej marginalna detekcja ma najmniejszą amplitudę, ale najkrótszy okres (więcej cykli, a zatem łatwiej wykryć mniejsze amplitudy).

Późniejszy artykuł Tuomi (2012) wykorzystał bardziej konwencjonalny łańcuch Monte Carlo Markov w ramach Bayesian, aby dopasować modelnnie wchodzące w interakcje planety z danymi prędkości radialnej. Ponownie odbywa się wiele dyskusji (patrz sekcja 3.3 i 3.4) na temat tego, ile planet jest wymaganych do dopasowania danych. Tuomi twierdzi, że istnieją mocne dowody na 8. i 9. planetę w ich analizie.

Istnieje wiele ważnych założeń przyjętych w tego rodzaju analizach. Najważniejsze jest to, że musisz założyć jakiś model szumu tła i często przyjmuje się, że jest on gaussowski i nieokresowy.

Rob Jeffries
źródło
Dzięki za znalezienie rekordu „świata”. Aby dokładnie sprawdzić, proces opisany w pracy był interaktywny, chociaż mógł zostać zautomatyzowany. Wybierz jeden silny pik w periodogramie Lombarda-Scargle'a (oś x to logarytm lublog(2π/ω)), uruchom symulację orbity z dopasowaniem typu wyżarzania, odejmij najlepsze dopasowanie, ponownie oblicz periodogram i powtórz? Na ryc. 2 oznaczone piki na pierwszym i trzecim wykresie są w rzeczywistości podwójne (za każdym razem, gdy para znika). Czy to aliasing wspomniany w artykule?
uhoh
Znaleziono to o periodogramach Lomb-Scargle .
uhoh