¿Fue el descubrimiento de seis exoplanetas alrededor de una estrella tan "fácil" como contar seis picos en el FT?

El artículo de phys.org Los científicos ponen a disposición del público un enorme conjunto de datos de estrellas cercanas describe el lanzamiento de una base de datos de acceso público de las mediciones de la velocidad radial de Echelle; El estudio de exoplanetas de velocidad radial de precisión LCES HIRES/KECK . Consulte también la página de inicio de HIRES de Keck .

Durante dos décadas, estos científicos han apuntado HIRES a más de 1.600 estrellas "vecindarias", todas dentro de una distancia relativamente cercana de 100 parsecs, o 325 años luz, de la Tierra. El instrumento ha registrado casi 61.000 observaciones, cada una con una duración de entre 30 segundos y 20 minutos, según la precisión de las mediciones. Con todos estos datos compilados, cualquier estrella dada en el conjunto de datos puede tener varios días, años o incluso más de una década de observaciones.

Esta parte me llamó especialmente la atención:

" Recientemente descubrimos un sistema de seis planetas que orbitan alrededor de una estrella , que es un gran número", dice Burt. "No solemos detectar sistemas con más de tres o cuatro planetas, pero pudimos mapear con éxito los seis en este sistema porque teníamos más de 18 años de datos sobre la estrella anfitriona". (énfasis añadido)

Para casos muy simples de uno, o tal vez dos planetas con una interacción gravitatoria interplanetaria mínima, una transformada de Fourier de una medición de velocidad radial agradable, larga y continua mostraría dos picos principales y posiblemente otros artefactos. Si el movimiento estelar inducido por cada planeta fuera de magnitud similar, el análisis sería bastante simple.

Pero para el caso de los seis planetas mencionado en la cita (no sé cuál es), y la cobertura de tiempo irregular (es una encuesta), ¿cómo se realizó este análisis? Picos solo? ¿O simplemente lanzarlo a una simulación de supercomputadora de todas las combinaciones posibles y dejar que el recocido simulado se ejecute durante un mes?

¿O también hubo algún "trabajo de detective" involucrado: suposiciones, limitaciones del espacio de ajuste o incluso la inclusión de otros datos externos al estudio?

Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno. Saturno (#6) tiene un período orbital de 29 años. Con datos de 18 años, nunca lo recogerían. Debe ser un sistema solar extrañamente distribuido en comparación con el nuestro. Dos, tres órbitas estaría bien para un Fourier.
@WayfaringStranger eso puede ser cierto si el único análisis del conjunto de datos fuera de la variedad Fourier. También puede analizar directamente la variación de la velocidad en el tiempo. Creo que con unas pocas docenas de mediciones de velocidad durante 18 años con una precisión de 1 metro/seg, es posible que pueda demostrar que al menos hay algo grande después de Júpiter. No estoy seguro de que pueda resolver Saturno y Urano sin ambigüedades, pero si hace una pregunta, publicaré una respuesta con el análisis.
@->uhoh Muy bien. Puedo ver cómo agregar otros métodos mejoraría la resolución, y no quiero participar en la vieja discusión de "qué tipos de ajuste de curvas son válidos aquí". Me concentré solo en Fourier porque así es como se enmarcó la pregunta.

Respuestas (1)

Sospecho que el poseedor del récord (a partir del 14/2/2017) es HD 10180 , que tiene al menos 7 planetas y posible evidencia de hasta 9.

Lovis et al. (2011) anunció el descubrimiento inicial basado en 190 mediciones de velocidad radial tomadas durante 6 años. La precisión de las medidas fue de 0,3-0,9 m/s.

La sección 4 de ese documento describe cómo buscan los planetas en los datos. Es un híbrido de los métodos de ajuste y de Fourier. A medida que se encuentra cada pico en el periodograma, se agrega a un modelo que luego se itera hacia la mejor solución.

Los planetas sucesivos reducen la dispersión rms alrededor de la curva de velocidad radial predicha. En última instancia, se debe juzgar si la mejora en la estadística de ajuste justifica la adición de otro planeta (y más parámetros libres) al modelo. El valor eficaz final después de agregar 7 planetas fue de poco más de 1 m/s, lo que es peor que la precisión esperada, pero que Lovis et al. atribuir a (probable) fluctuación de velocidad radial debido a la actividad estelar. Luego, el modelo orbital se refina para incluir los efectos de las interacciones planeta-planeta y las fuerzas de marea.

Las amplitudes de velocidad radial atribuibles a cada planeta oscilan entre 0,8 y 4,5 m/s. La detección más marginal tiene la amplitud más pequeña, pero el período más corto (más ciclos y, por lo tanto, es más fácil detectar amplitudes más pequeñas).

Un artículo posterior de Tuomi (2012) usó una cadena de Markov de Monte Carlo más convencional en un marco bayesiano para ajustar un modelo de norte planetas que no interactúan con los datos de velocidad radial. Nuevamente, hay mucha discusión (consulte las secciones 3.3 y 3.4) sobre exactamente cuántos planetas se requieren para ajustar los datos. Tuomi afirma que hay una fuerte evidencia de un octavo y un noveno planeta en su análisis.

Hay una serie de suposiciones importantes que se hacen en este tipo de análisis. La principal es que debe asumir algún tipo de modelo para el ruido de fondo y, a menudo, se supone que es gaussiano y no periódico.

Gracias por encontrar el récord "mundial". Para verificar, el proceso descrito en el documento fue interactivo, aunque podría haberse automatizado. Elija un pico fuerte en el periodograma de Lomb-Scargle (el eje x es el periodo logarítmico o yo o gramo ( 2 π / ω ) ), ejecute una simulación de órbita con ajuste de tipo recocido, reste el mejor ajuste, vuelva a calcular el periodograma y repita? En la figura 2, los picos etiquetados en el primer y tercer gráfico son en realidad el doble (cada vez que desaparece el par). ¿Es ese el alias mencionado en el documento?
Encontré esto sobre los periodogramas de Lomb-Scargle .