Planets in Open Clusters M35 & NGC2158, Asiago Stars in - - PowerPoint PPT Presentation

Planets ¡in ¡Open ¡Clusters

¡ Stars ¡in ¡OCs ¡share ¡the ¡same ¡ distance, ¡age and ¡chemical ¡ composition, ¡statistically ¡ determined ¡ OCs ¡span ¡a ¡wide ¡range ¡in ¡terms ¡

• f ¡age, ¡metallicity, ¡stellar ¡

density: ¡we ¡can ¡probe ¡the ¡planet ¡ frequency ¡as ¡a ¡function ¡of ¡these ¡ parameters ¡ Planet ¡frequency ¡as ¡function ¡of ¡ host ¡stellar ¡mass ¡in ¡the ¡most ¡ reliable ¡way ¡ Effects ¡of ¡the ¡presence ¡of ¡a ¡ planetary ¡system ¡on ¡the ¡host ¡ star ¡chemistry

05/10/2015 OHP ¡2015: ¡Twenty ¡years ¡of ¡giant ¡exoplanets

M35 ¡& ¡NGC2158, ¡Asiago

Planets ¡in ¡Open ¡Clusters and ¡what we can ¡do ¡with ¡them

Atmosphere ¡of ¡young ¡planets ¡ around ¡youngstars

05/10/2015 OHP ¡2015: ¡Twenty ¡years ¡of ¡giant ¡exoplanets

Characterize ¡the ¡activity ¡of ¡stars ¡ as ¡function ¡of ¡their ¡mass ¡and ¡age Well-­‑known ¡chemical ¡ abundances ¡of ¡stars ¡(with ¡and ¡ without ¡planets) ¡ Test ¡atmospheric ¡models ¡on ¡ planets ¡at ¡different ¡evolution ¡ stages Improve ¡planet ¡detection ¡at ¡ longer ¡periods ¡and ¡lower ¡ masses Understand ¡the ¡star-­‑planet ¡ connection ¡and ¡planet ¡ formation Planets ¡in ¡Open ¡Clusters ¡seem very ¡helpful! ¡ How ¡many ¡of ¡them ¡have ¡been ¡found ¡around Main Sequence stars? ¡ 8 ¡with ¡Kepler ¡ validated ¡ones

6

05/10/2015 OHP ¡2015: ¡Twenty ¡years ¡of ¡giant ¡exoplanets

Young ¡OC ¡stars ¡are ¡very ¡ active Old ¡OCs ¡are ¡far, ¡MS ¡stars ¡ are ¡faint Avoided ¡by ¡RV ¡surveys

Planets ¡in ¡Open ¡Clusters

OC ¡stars ¡very ¡close ¡each ¡

• ther ¡on ¡sky

Photometry ¡easier ¡

• ption

Van ¡Saders & ¡Gaudi ¡2011: ¡Insufficient ¡ sensitivity ¡to ¡small ¡planets, ¡sample ¡sizes ¡barely ¡ large ¡enough ¡ to ¡find ¡(less ¡common) ¡larger ¡

• planets. ¡Null ¡detection ¡still ¡in ¡agreement ¡

with ¡field ¡frequency.

Searching ¡for ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

All ¡the ¡planets ¡around ¡OC ¡stars

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¡ Sato ¡et ¡al. ¡2007: ¡A ¡planetary ¡ companion ¡to ¡the ¡Hyades ¡Giant ¡ε

• Tauri. ¡

¡ Lovis & ¡Mayor ¡2007: ¡Planets ¡ around ¡evolved ¡intermediate-­‑mass ¡

• stars. ¡

¡ Quinn ¡et ¡al. ¡2012: ¡Two ¡“b”s in ¡the ¡ Beehive: ¡the ¡discovery ¡of ¡the ¡first ¡ Hot ¡Jupiters in ¡an ¡Open ¡Cluster ¡ ¡ Quinn ¡et ¡al. ¡2014: ¡HD ¡285507b: ¡an ¡ eccentric ¡Hot ¡Jupiter ¡in ¡the ¡Hyades ¡ Open ¡Cluster ¡ Brucalassi et ¡al. ¡2014: ¡Three ¡ planetary ¡companions ¡around ¡M67 ¡ stars ¡ Meibom et ¡al. ¡2013: ¡2 ¡mini-­‑ Neptunes, ¡detected ¡in ¡NGC6811 ¡ by ¡Kepler

Planets around evolved stars: ¡all the ¡ information ¡ on ¡planet formation and ¡evolution is lost Intrument and ¡observational strategy focused on ¡giant planets Eccentricity poorly constrained No ¡information ¡ on ¡planetary masses

• r ¡orbital eccentricity

OCs, ¡RVs ¡and ¡stellar ¡activity

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¡ Corot-­‑7 ¡(M=4.8 ¡M⊕):RV ¡jitter ¡ has ¡a ¡structure ¡that ¡can ¡be ¡ removed ¡ Agreement ¡on ¡the ¡importance ¡

• f ¡rotational ¡period ¡of ¡the ¡star ¡

and ¡simultanoeus ¡photometric ¡

• bservations

Queloz et ¡al. ¡2009

¡ OC ¡stars ¡are ¡active, ¡you ¡don’t ¡ need ¡precise ¡RVs…. Our ¡Goals: ¡ Lower ¡the ¡detection ¡limit ¡on ¡ mass for ¡planets ¡in ¡OC ¡stars ¡ Increase ¡precision ¡on ¡orbital ¡ parameters ¡(e above ¡all)

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HARPS ¡& ¡HARPS-­‑N

Precise ¡Activity ¡(e.g. ¡CaII ¡H&K, ¡Hα) ¡and ¡CCF ¡ Asymmetry ¡(Contrast, ¡FWHM, ¡Bisector ¡Span, ¡ Vasy…) ¡indicators HARPS@3.6m HARPS-­‑N@TNG

Search for low mass companions in known planetary systems Frequency of Neptune- mass companions around Low [Fe/H] stars Search for planets in Open Clusters Characterization of planetary

• rbits through RML effect

Asteroseismology & Star-Planet Interaction Search for low mass planets orbiting M dwarfs

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¡ An ¡Italian ¡collaboration ¡ to ¡make ¡the ¡best ¡use ¡of ¡ HARPS-­‑N@TNG ¡

Global ¡Architecture ¡of ¡Planetary ¡Systems

PI: ¡A. ¡Sozzetti ¡ 6 ¡sub-­‑programs ¡to ¡disentangle ¡activity ¡signals ¡ from ¡planetary ¡ones, ¡understand ¡the ¡formation ¡

• f ¡planetary ¡system ¡and ¡detect ¡low-­‑mass ¡

(habitable?) ¡planets

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¡ Currently ¡surveying ¡three ¡ Open ¡Clusters ¡ M44 (600 ¡My), ¡NGC752 (1.5 ¡ Gy) ¡with ¡HARPS-­‑N, ¡5 ¡ nights/semester ¡with ¡GAPS ¡ Ruprecht ¡147 ¡(3 ¡Gy) ¡with ¡ HARPS, ¡26 ¡nights ¡in ¡3 ¡years ¡ (PI: ¡Minniti) ¡ Hyades starting ¡within ¡a ¡ few ¡weeks ¡ Great ¡deal ¡on ¡target ¡ membership ¡and ¡activity ¡ analysis

Searching ¡for ¡Low-­‑Mass ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

The ¡OC ¡Survey ¡with ¡HARPS ¡& ¡HARPS-­‑N

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¡ Quinn ¡et ¡al. ¡2012: ¡P=2.14d ¡ Msini=1.84MJ around ¡Pr0211 ¡ Included ¡in ¡GAPS-­‑OC ¡to ¡ measure ¡the ¡eccentricity ¡ Long-­‑term ¡trend ¡at ¡the ¡ beginning ¡of ¡2nd H-­‑N ¡season, ¡ coordination ¡with ¡TRES ¡team ¡ Second ¡turn-­‑around ¡of ¡RV ¡

• bserved ¡in ¡2015: ¡strong ¡

constraint ¡on ¡K ¡ TRES ¡observations ¡in ¡2012 ¡put ¡ a ¡lower ¡limit ¡to ¡Period ¡and ¡e

Searching ¡for ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

A ¡Planetary ¡System ¡around ¡Pr0211

RV -RV0 −600 −400 −200 200 400 600 BJD-2450000 [d] 6000 6200 6400 6600 6800 7000 7200 HARPS-N data GLS power 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1 10 100 TRES data GLS power 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Period [d] 1 10 100 HARPS-N TRES RV -RVPr211b −200 −100 100 200 BJD-2450000 [d] 6000 6200 6400 6600 6800 7000 7200

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Searching ¡for ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

A ¡Planetary ¡System ¡around ¡Pr0211

BIS [m s-1] −100 −50 50 100

0.1 0.2 0.3 0.4 FWHM [km s-1] 9.2 9.3 9.4 9.5 0.1 0.2 0.3 0.4 Vspan [m s-1] −100 −50 50 100 0.1 0.2 0.3 0.4 ∆ V [m s-1] 38 39 40 41 42 0.1 0.2 0.3 0.4 Vasy ⋅ 103 38 39 40 BJD - 2450000.0 [days] 6400 6600 6800 7000 7200 0.1 0.2 0.3 0.4 Period [days] 1 10 100 1000 log R'MW −4.5 −4.4 −4.35 −4.3

0.1 0.2 0.3 0.4 H α 0.225 0.23 0.235 0.24 0.245 0.25 0.255 0.1 0.2 0.3 0.4 HeI 0.46 0.47 0.48 0.49 0.5 0.51 0.1 0.2 0.3 0.4 NaID 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 BJD [days] 6400 6600 6800 7000 7200 0.1 0.2 0.3 0.4 Period [days] 1 10 100 1000

BIS [m s-1] −100 −50 50 100 log R'MW −4.5 −4.4 −4.3 Vspan [m s-1] −100 −50 50 100 Hα 0.23 0.24 0.25 ∆ V [m s-1] 38 39 40 41 42 HeI 0.46 0.48 0.5 Vasy ⋅ 103 38 39 40 RVres [m s-1] −200 −100 100 200 NaID 0.19 0.2 0.21 0.22 RVres [m s-1] −200 −100 100 200

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Searching ¡for ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

A ¡Planetary ¡System ¡around ¡Pr0211

B [mag] −0.04 −0.02 0.02 0.04 O-C [mag] −0.02 −0.01 0.01 0.02 −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 RVres [ms-1] −100 −50 50 100

• 1

O-C [ms-1] −40 −20 20 40 −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1

• 1

RVres [ms-1] −100 −50 50 100

• 1

O-C [ms-1] −100 −50 50 100 Phase −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1

• 1

RV [m s-1] −400 −200 200 400 O-C [m s-1] −100 −50 50 100 Phase −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 RV [m s-1] −200 −100 100 200 O-C [m s-1] −100 −50 50 100 BJD-2450000 [d] 6000 6200 6400 6600 6800 7000 7200

¡ Without ¡including ¡activity ¡ Activity: ¡Boisse+2011 ¡approach ¡ (sinusoids ¡at ¡Prot, ¡Prot/2, ¡Prot/3… ¡) ¡ Activity ¡+ ¡Keplerians simultaneous ¡ MCMC ¡fit ¡with ¡emcee ¡

• HARPS-­‑N
• TRES

Photometry RV-­‑RVplanets

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Searching ¡for ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

A ¡Planetary ¡System ¡around ¡Pr0211

B [mag] −0.04 −0.02 0.02 0.04 O-C [mag] −0.02 −0.01 0.01 0.02 −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 RVres [ms-1] −100 −50 50 100

• 1

O-C [ms-1] −40 −20 20 40 −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1

• 1

RVres [ms-1] −100 −50 50 100

• 1

O-C [ms-1] −100 −50 50 100 Phase −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1

• 1

¡ Activity: ¡Boisse+2011 ¡approach ¡ (sinusoids ¡at ¡Prot, ¡Prot/2, ¡Prot/3… ¡) ¡ Activity ¡+ ¡Keplerians simultaneous ¡ MCMC ¡fit ¡with ¡emcee ¡

RV [m s-1] −400 −200 200 400 O-C [m s-1] −100 −50 50 100 Phase −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 RV [m s-1] −200 −100 100 200 O-C [m s-1] −100 −50 50 100 BJD-2450000 [d] 6000 6200 6400 6600 6800 7000 7200

¡ After ¡including ¡activity

RV-­‑RVplanets

• HARPS-­‑N
• TRES

Photometry

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Searching ¡for ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

A ¡Planetary ¡System ¡around ¡Pr0211

¡ P0211b ¡ P ¡= ¡2.14609 ± 2·√10-­‑5 d ¡ K ¡= ¡309.6 ± 2.5 ¡m ¡s-­‑1 ¡ e ¡= ¡0.019 ± 0.009 ¡ Msini = ¡1.91 ± 0.02 ¡Mjup ¡ a ¡= ¡0.03209 ¡± 9·√10-­‑5 AU

¡ Malavolta et ¡al. ¡ İn ¡prep.

¡ P0211c ¡ P=4387+3309-­‑1349 ¡d ¡ K=136.3 ¡± 3.9 ¡m ¡s-­‑1 ¡ e ¡= ¡0.66 ¡± 0.11 ¡ M ¡= ¡8.1 ¡± 0.23 ¡Mjup ¡ a ¡= ¡5.2+2.3-­‑1.1

More planets are coming...

Searching ¡for ¡Planets ¡in ¡OCs: ¡

K2 ¡observations

¡ Many ¡OCs ¡included ¡ in ¡K2 ¡fields ¡on ¡ specific ¡request ¡of ¡ community!

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Planets ¡in ¡OCs ¡are ¡ becoming ¡hot-­‑topic

Conclusions

• Photometry ¡does ¡not ¡find ¡a ¡different ¡

frequency ¡of ¡planets ¡in ¡Open ¡Clusters ¡ respect ¡to ¡the ¡field ¡

• Earlier ¡RV ¡surveys ¡did ¡not ¡take ¡activity ¡into ¡

account ¡properly, ¡ later ¡RV ¡surveys ¡focused ¡

• n ¡giant ¡stars ¡or ¡Hot ¡Jupiter ¡discovery
• We ¡now ¡have ¡the ¡hardware ¡(HARPS-­‑N@TNG, ¡

HARPS@3.6m, ¡high-­‑precision ¡photometry) ¡ and ¡the ¡tools ¡(Activity ¡indexes…) ¡to ¡discover ¡ low-­‑mass ¡planets ¡in ¡OCs

• Not ¡only ¡discovery, ¡but ¡precise ¡

determination ¡of ¡orbital ¡parameters

• Not ¡only ¡planet ¡discoveries: ¡star-­‑planet ¡

chemical ¡connection, ¡dynamics ¡of ¡stellar ¡ encounters…

05/10/2015 OHP ¡2015: ¡Twenty ¡years ¡of ¡giant ¡exoplanets

Measuring ¡ETA_EARTH: ¡Characterization ¡of ¡Terrestrial ¡Planetary ¡Systems ¡with ¡Kepler, ¡ HARPS-­‑N, ¡and ¡Gaia ¡-­‑ P .I: ¡Dr. ¡Sozzetti ¡– Research ¡funded ¡by ¡the ¡EU ¡7th ¡Framework ¡ Programme ¡(FP7/2007-­‑2013) ¡ under ¡grant ¡agreement ¡n° 313014.