发表机构
McMaster University; Université de Montréal; Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes, Département de Physique, Université de Montréal; Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève（麦克马斯特大学; 蒙特利尔大学; 蒙特利尔大学物理系特鲁蒂埃系外行星研究所; 日内瓦大学天文学系日内瓦天文台）
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本文提出基于光谱合成的框架，从近红外光谱推导冷恒星元素丰度，应用于五颗行星宿主恒星，结果与太阳比值大体一致，为行星系统研究提供化学基线。
AI 中文摘要
恒星元素丰度为行星形成的化学环境提供了重要约束。M型和晚型K矮星是小系外行星表征的主要目标，然而其复杂的光谱使得精确的元素丰度测量具有挑战性。在本工作中，我们提出了一种基于光谱合成的框架，用于从高分辨率近红外光谱中推导冷恒星的详细丰度。我们将该框架应用于五颗行星宿主恒星——GJ 9827、K2-18、TOI-1201、TOI-1685和巴纳德星的SPIRou YJHK光谱，并推导了所有五颗恒星的C、O、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、Cr、Mn和Fe的丰度，以及其中一部分恒星的Sc、V和Ni丰度，典型不确定度约为0.1 dex。我们恢复的金属丰度和元素丰度与这些恒星的预期趋势及先前文献分析大体一致。我们推导了恒星的C/O、Mg/Si、Fe/Mg和Fe/O比值，发现除贫金属的巴纳德星（[M/H] = -0.33 ± 0.06 dex）外，所有五个系统大体上与太阳比值一致，而巴纳德星明显贫铁（[Fe/H] = -0.722 ± 0.085 dex）。我们的结果为利用哈勃太空望远镜（HST）和詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对这些行星系统进行内部结构和大气研究建立了恒星化学基线，同时强调了冷恒星精确丰度分析中仍存在的模型依赖性限制。
英文摘要
Stellar elemental abundances provide important constraints on the chemical environments from which planets form. M and late-K dwarfs are prime targets for the characterization of small exoplanets, yet their complex spectra make accurate elemental abundance measurements challenging. In this work, we present a spectral synthesis-based framework to derive detailed abundances for cool stars from high-resolution, near-infrared spectra. We apply our framework to SPIRou YJHK spectra of five planet-host stars--GJ 9827, K2-18, TOI-1201, TOI-1685, and Barnard's Star--and derive abundances of C, O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Cr, Mn, and Fe for all five stars, plus Sc, V, and Ni for a subset, with typical uncertainties of $\lesssim 0.1$ dex. Our recovered metallicities and elemental abundances are broadly consistent with expected trends and previous literature analyses of these stars. We derive stellar ratios of C/O, Mg/Si, Fe/Mg, and Fe/O and find that all five systems are broadly consistent with solar ratios, with the exception of the metal-poor Barnard's Star ([M/H] $= -0.33 \pm 0.06$ dex), which is substantially iron-poor ([Fe/H] $= -0.722 \pm 0.085$ dex). Our results establish stellar chemical baselines for interior structure and atmospheric studies of these planetary systems with the Hubble Space Telescope (HST) and James Webb Space Telescope (JWST), while highlighting the remaining model-dependent limitations of precise abundance analyses for cool stars.
Comments35 pages, 16 figures, 6 tables. Submitted to PASP
