The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs -- A deep learning approach to determine fundamental parameters of target stars
V. M. Passegger, A. Bello-García, J. Ordieres-Meré, J. A. Caballero, A. Schweitzer, A. González-Marcos, I. Ribas, A. Reiners, A. Quirrenbach, P. J. Amado, M. Az… 展开作者
V. M. Passegger, A. Bello-García, J. Ordieres-Meré, J. A. Caballero, A. Schweitzer, A. González-Marcos, I. Ribas, A. Reiners, A. Quirrenbach, P. J. Amado, M. Azzaro, F. F. Bauer, V. J. S. Béjar, M. Cortés-Contreras, S. Dreizler, A. P. Hatzes, Th. Henning, S. V. Jeffers, A. Kaminski, M. Kürster, M. Lafarga, E. Marfil, D. Montes, J. C. Morales, E. Nagel, L. M. Sarro, E. Solano, H. M. Tabernero, M. Zechmeister
现有的和即将到来的仪器正在收集大量的天体物理数据，这需要高效和快速的分析技术。我们提出了一个深度神经网络架构来分析高分辨率恒星光谱，并预测恒星参数，如有效温度，表面重力，金属丰度和旋转速度。通过这项研究，我们首先证明了深度神经网络从合成训练集中精确恢复恒星参数的能力。其次，我们分析了这种方法在观测光谱中的应用以及合成间隙（即，观测光谱和合成光谱之间的差异）对恒星参数估计、误差和精度的影响。我们的卷积网络在不同的光学和近红外波长区域的合成PHOENIX-ACES光谱上进行训练。对于四个恒星参数$T_{\rm eff}$、$\log{g}$、[M/H]和$v \sin{i}$中的每一个，我们构建了一个神经网络模型来独立地估计每个参数。然后，我们将这种方法应用于50 M矮星与CARMENES（Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs）拍摄的高分辨率光谱，该光谱同时在可见光（520-960 nm）和近红外波长范围（960-1710 nm）工作。我们的结果进行了比较，这些恒星的文献值。它们在误差范围内显示出很好的一致性，但在某些情况下也表现出很大的偏差，特别是对于[M/H]，这指出了更好地了解合成差距的重要性。
英文摘要：
Existing and upcoming instrumentation is collecting large amounts of astrophysical data, which require efficient and fast analysis techniques. We present a deep neural network architecture to analyze high-resolution stellar spectra and predict stellar parameters such as effective temperature, surface gravity, metallicity, and rotational velocity. With this study, we firstly demonstrate the capability of deep neural networks to precisely recover stellar parameters from a synthetic training set. Secondly, we analyze the application of this method to observed spectra and the impact of the synthetic gap (i.e., the difference between observed and synthetic spectra) on the estimation of stellar parameters, their errors, and their precision. Our convolutional network is trained on synthetic PHOENIX-ACES spectra in different optical and near-infrared wavelength regions. For each of the four stellar parameters, $T_{\rm eff}$, $\log{g}$, [M/H], and $v \sin{i}$, we constructed a neural network model to estimate each parameter independently. We then applied this method to 50 M dwarfs with high-resolution spectra taken with CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs), which operates in the visible (520-960 nm) and near-infrared wavelength range (960-1710 nm) simultaneously. Our results are compared with literature values for these stars. They show mostly good agreement within the errors, but also exhibit large deviations in some cases, especially for [M/H], pointing out the importance of a better understanding of the synthetic gap.
Spectroscopic characterisation of CARMENES target candidates from FEROS, CAFE and HRS high-resolution spectra
CARMENES（Calar Alto高分辨率搜索M矮星与近红外和光学Echelle光谱仪）于今年1月开始对M矮星进行新的行星调查。新的高分辨率摄谱仪正在卡拉尔阿尔托天文台的可见光和近红外波段工作。他们将对大约300颗M矮星进行高精度径向速度测量（目标为1 m s-1），目的是探测宜居带内的低质量行星。我们描述了CARMENES的候选样本，并为这些恒星提供了基本参数，以约束行星特性并了解恒星-行星系统。使用最先进的模型大气（PHOENIX-ACES）和chi 2-minimization与下坡单纯形法，我们确定有效温度，表面重力和金属丰度[Fe/H]的高分辨率光谱的约480颗恒星的光谱类型M0.0-6.5V与FEROS，CAFE和HRS。我们发现模型和我们观察到的高分辨率光谱之间有很好的一致性。我们展示了该算法的性能，以及CARMENES候选样本的结果，参数和光谱类型分布，用于定义CARMENES目标样本。我们还提出了第一个初步的CARMENES光谱获得的结果。
CARMENES input catalog of M dwarfs VI. A time-resolved Ca II H&K catalog from archival data
由恒星磁场活动引起的径向速度（RV）抖动是最先进的系外行星发现调查（如CARMENES）中的一个重要因素。恒星的自转，以及由活动引起的光球层和色球层的不均匀性，可能导致行星探测的假阳性。因此，有必要确定恒星的自转周期，并将其与任何假定的行星RV特征进行比较。长期测量活动指标，如Ca II H&K线中的色球发射，可以确定磁活动周期。为了确定恒星自转周期和研究CARMENES保证时间观测（GTO）样本的长期磁活动行为，从档案数据中提取Ca II H&K时间序列是有利的，因为CARMENES摄谱仪不覆盖包含Ca II H&K线的恒星光谱的蓝色范围。我们已经收集了一个目录的11634档案光谱的186 M矮星获得的七个不同的仪器，涵盖钙II H&K制度：ESPADONS，FEROS，竖琴，HIRES，NARVAL，TIGRE，和UVES。这些谱线中的相对色球通量直接通过与PHOENIX合成光谱通过Ca ii H&K谱线芯周围的窄通带进行整流而从光谱中提取。结合档案光谱从各种仪器的结果在时间序列的186颗恒星的CARMENES GTO样本。作为使用目录的一个例子，我们报告了三个以前未知的活动周期的M矮星的初步发现。我们的结论是，使用模型光谱提取钙II H&K通量的方法产生一致的结果，为不同的仪器，该目录的汇编将使大量的M矮星的长期活动时间序列的分析。
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs -- Photospheric parameters of target stars from high-resolution spectroscopy. II. Simultaneous multiwavelength range modeling of activity insensitive lines
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: Wing asymmetries of H$α$, Na I D, and He I lines
恒星活动在M矮星中随处可见，并且经常以H $α$线为特征。在最活跃的M矮星中，H $α$被发现在发射中，有时具有复杂的谱线轮廓。以前的研究已经报道了耀斑期间H $α$线的扩展机翼和不对称性。我们利用CARMENES（Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earth with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs）摄谱仪获得的28个活动M矮星的473个高分辨率光谱，研究了增宽和非对称H $α$线轮廓的出现及其与耀斑的关系，并检验了可能的物理解释。我们在H $α$中总共探测到41个耀斑和67个宽的、潜在不对称的机翼。加宽的H $α$线显示出各种对称的情况下，红色和蓝色的不对称的配置文件。虽然这些谱线中的一些是在耀斑期间发现的，但大多数至少与耀斑没有明显的联系。我们提出了一种类似于日冕雨或色球向下凝聚的机制作为观察到的红色不对称的原因，对称的情况下也可能是由斯塔克加宽。我们认为，蓝色的不对称性与上升的材料，我们的研究结果是一致的流行的蓝色不对称性在耀斑发作。除了H $α$不对称性之外，我们还发现了\ion{He}{i} D $_{3}$、\ion{Na}{i} ~D线和\ion{He}{i}在10830\处的线不对称性的一些情况，这些都是由于CARMENES…
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Period search in H$α$, Na I D, and Ca II IRT lines
我们使用的光谱CARMENES，卡拉阿尔托高分辨率搜索M矮星与外地球与近红外和光学Echelle光谱仪，搜索色球指数的周期在16 M0到M2矮星。我们测量光谱指数的H $α$，钙II红外三重态（IRT），和钠I D线研究这些指数是最适合找到这些恒星的旋转周期。此外，我们测试了一些不同的周期搜索算法，即字符串长度法，相位色散最小化，广义Lomb-Scargle周期图，和高斯过程回归与准周期内核。我们发现，在四个明星使用H $α$和五个明星使用钙II IRT，其中两个还没有被发现之前的周期。我们的研究结果表明，H $α$和Ca II IRT线都非常适合于周期搜索，Ca II IRT指数的表现略好于H $α$。不幸的是，Na I D线受到大地气辉的强烈影响，我们不能找到任何旋转周期使用这个指数。此外，线指数的不同定义对结果没有重大影响。比较不同的搜索方法，字符串长度法和相位色散最小化执行最差，而高斯过程模型产生的误报和未检测的数量最少。
CARMENES. I. A radial-velocity survey for terrestrial planets in the habitable zones of M dwarfs. A historical overview
CARMENES（Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs）是由西班牙和德国11个机构组成的财团为Calar Alto天文台的3.5米望远镜建造的下一代仪器。用完成的仪器对300 M矮星进行为期五年的系外行星调查是该项目的一个组成部分。CARMENES仪器由两个独立的阶梯光栅摄谱仪组成，覆盖550至1700 nm的波长范围，光谱分辨率为R= 82，000，由来自望远镜卡塞格伦焦点的光纤馈电。光谱仪被安置在真空罐中，提供必要的温度稳定环境，以实现1 m/s的径向速度精度，同时使用发射线灯进行校准。
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. A homogeneous catalogue of projected rotational velocities accounting for limb-darkening
Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC（安达卢西亚天体物理研究所，西班牙高等科学研究委员会）；INAF- Palermo Astronomical Observatory（意大利国家天体物理研究所巴勒莫天文台）；Institut für Astrophysik und Geophysik, Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学天体物理学与地球物理学研究所）；Centro de Astrobiología, CSIC-INTA（天体生物学中心，西班牙高等科学研究委员会-国家航空航天技术研究所）；Universidad de Granada（格拉纳达大学）；Landessternwarte, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg（海德堡大学天文学中心州立天文台）
提出一种结合真实临边昏暗模型的过采样卷积方法，从 CARMENES 光谱精确测量 M 矮星的投影自转速度，构建了目前最大的均匀星表，测量精度显著优于文献。
Investigating Possible Stellar Coronal Mass Ejections in M-type Dwarfs Using the CARMENES DR1 Spectra
Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；Key Laboratory for the Structure and Evolution of Celestial Objects, Chinese Academy of Sciences（中国科学院天体结构与演化重点实验室）；International Centre of Supernovae, Yunnan Key Laboratory（云南省超新星国际研究中心）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Activity indicators at visible and near-infrared wavelengths
CARMENES巡天计划使用径向速度法寻找围绕M矮星运行的类地行星。研究目标星的恒星活动对于避免错误的行星探测和提高我们对晚型恒星大气层的认识是非常重要的。在这项工作中，我们提出的活动指标在可见光和近红外波长的331 M矮星与CARMENES观察到的测量。我们的目标是确定最敏感和最容易衡量的活动指标，以及这些指标之间的相互关系。我们还希望消除它们的可变性。利用减谱技术，我们测量了He I D 3，H $α$，He I $λ$ 10833 μ m，和Pa $β$线，Na I D双重线和Ca II红外三重线的赝等效宽度，它们在活动M矮星中具有色球分量。此外，我们测量了两个TiO和两个VO带，这是在光球形成的强度指数。我们还搜索了这些活动指标的周期性，所有样本星使用广义隆斯卡格尔periodograms。我们发现每个光谱亚型中旋转最慢的恒星具有最强的H $α$吸收。H $α$与He I D 3的相关性最强，而Na I D和Ca II红外三重态也与H $α$相关。He I $λ$ 10833和Pa $β$与其他指标无明显相关性。TiO带显示出VO带中没有的活性效应。发现H $α$和He I D3的相对变化在高活动水平的恒星中较小，而Na I D和Ca II红外三重态的反相关较弱，而He I $λ$ 10833和Pa $β$的反相关不存在.随旋转周期的周期性变化最常见于TiO带、H $α$和…
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs Detection of a mini-Neptune around LSPM J2116+0234 and refinement of orbital parameters of a super-Earth around GJ 686 (BD+18 3421)
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: Spectroscopic orbits of nine M-dwarf multiple systems, including two triples, two brown dwarf candidates, and one close M-dwarf-white dwarf binary
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Dynamical characterization of the multiple planet system GJ 1148 and prospects of habitable exomoons around GJ 1148 b
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs : Understanding the wavelength dependence of radial velocity measurements
Thüringer Landessternwarte Tautenburg（图林根州陶滕堡天文台）；The Open University（开放大学）；Universidad de La Laguna（拉古纳大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya（加泰罗尼亚空间研究学院）；University of Warwick（华威大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Telluric absorption corrected high S/N optical and near-infrared template spectra of 382 M dwarf stars
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Guaranteed time observations Data Release 1 (2016-2020)
CARMENES仪器被设想为提供长期稳定的高精度径向速度（RV）测量，以寻找附近冷恒星样本周围的温带岩石行星。宽波长覆盖范围旨在提供一系列恒星活动指标，以评估潜在RV信号的性质，并提供有价值的光谱信息，以帮助确定恒星目标。CARMENES数据发布1（DR 1）公开了CARMENES保证时间观测期间获得的所有观测结果，这些观测从2016年到2020年，收集了362个目标样本的19，633个光谱。CARMENES调查目标选择的目的是最大限度地减少偏差，大约70%的已知M矮星在10 pc范围内，可以从Calar Alto进入。这些数据经过流水线处理，得出了高级数据产品，包括345个目标的18 642个精确的RV。还获得了光谱活性指标的时间序列数据。我们讨论的CARMENES数据的特点，恒星样品的统计特性，光谱测量。我们展示了使用CARMENES数据的例子，并提供了调查揭示的系外行星种群的背景视图，包括33颗新行星，17颗重新分析的行星和26颗来自过境候选后续行动的确认行星。238个目标的子样本被用来得出更新的行星出现率，产生了1.44+/-0.20颗行星的总体平均值，每个恒星1 M_Earth < M sin i < 1000 M_Earth和1 d < P_orb < 1000 d，这表明几乎每个M矮星都至少有一颗行星。CARMENES的数据已被证明对识别和测量行星伴侣以及其他应用非常…
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Variability of the He I line at 10830 Å
He I红外三重态（10830）被认为是太阳型恒星的活动指标，并已成为系外行星透射光谱学的主要诊断指标。He I线是恒星过渡区和日冕极紫外辐射的示踪线。利用位于Calar Alto的CARMENES高分辨率光学和近红外光谱仪获得的319颗M~矮星的光谱时间序列，研究了He I红外三重线的变化。我们在18%的样本星中检测到He I红外线的变化，所有这些样本星都显示出H $α$的发射。因此，我们发现可检测到的He I红外线的变化在78%的子样本的恒星H $α$发射。可检测到的变化强烈集中在最新的光谱子类型，其中，他我的红外线在静止期间通常是弱的。对于早于M3.0 V的恒星，具有可检测到的He I IR变化的恒星比例仍然低于10%，而对于较晚的光谱子类型，其比例超过30%。耀斑伴随着特别明显的谱线变化，包括红色和蓝色不对称的强烈增宽谱线。然而，我们也发现了增强的He I IR吸收的证据，这可能与耀斑发作时高能辐照水平的增加有关。通常，He IR和H $α$线变化倾向于相关，其中H $α$是伪等效宽度变化方面最敏感的指示器。这使得He I IR三重态成为行星透射光谱学的有利目标。
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Radial velocities and activity indicators from cross-correlation functions with weighted binary masks
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: Stable radial-velocity variations at the rotation period of AD~Leonis -- A test case study of current limitations to treating stellar activity
Using autoencoders and deep transfer learning to determine the stellar parameters of 286 CARMENES M dwarfs
Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA；Universidad de la Rioja（拉里奥哈大学）；Instituto de Astrofísica de Canarias（加那利群岛天体物理研究所）；Universidad de La Laguna（拉古纳大学）；Hamburger Sternwarte（汉堡天文台）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Universidad de Oviedo（奥维耶多大学）
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Two planets on the opposite sides of the radius gap transiting the nearby M dwarf LTT 3780
We present the discovery and characterisation of two transiting planets observed by the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) orbiting the nearby (d ~ 22 pc), bright (J ~ 9 mag) M3.5 dwarf LTT 3780 (TOI-732). We confirm both planets and their association with LTT 3780 via ground-based photometry and determine their masses using precise radial velocities measured with the CARMENES spectrograph. Precise stellar parameters determined from CARMENES high resolution spectra confirm that LTT 3780 is a mid-M dwarf with an effective temperature of T_eff = 3360 +\- 51 K, a surface gravity of log(…
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. The He I infrared triplet lines in PHOENIX models of M2-3 V stars
He I红外线在真空波长10833 A处是研究恒星和绕其运行的行星大气的诊断线。我们首次研究了M型矮星色球模型中He I红外线的行为，M型矮星的色球密度大得多，可能有利于能级粒子数的碰撞，而光电离和复合被认为是太阳型恒星中的主导因素。为此目的，我们使用已公布的PHOENIX模型的光谱类型M2 V和M3 V的恒星，并计算新的一系列模型与不同水平的活动后，开发的情况下，太阳的一个分析。我们进行了详细的分析，在这些模型中的He I IR线的行为。我们评估的线与其他色球线，也极紫外（EUV）辐射场的影响。作为相应的EUV辐射场强度的函数的He I IR线强度的分析表明，光电离和重组的机制是必要的，以形成非活性模型的线，而碰撞开始发挥作用，在我们最活跃的模型。此外，公布的模型集，这是优化的Na I D2，H $α$，和最蓝的Ca II红外三重线的范围内，给出了足够的预测的He I红外线的恒星样本的大多数恒星。因为特别是最不活跃的恒星与弱的He I IR线是最适合我们的模型，似乎我们的假设的一个单一的非活跃组件的100%填充因子不再适用于这些恒星。
