1. The GJ 504 system revisited. Combining interferometric, radial velocity, and high contrast imaging data
- Author
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Lagrange, A. -M., Marleau, G. -D., Mollière, P., Orazi, V. D, Baudino, J. -L., Bartucci, A. Musso, Elwain, M. Mc, Beuzit, J. -L., Delboulbe, A., Bonnefoy, M., Perraut, K., Lagrange, M., Delorme, P., Vigan, Arthur, Line, M., Rodet, L., Ginski, C., Mourard, D., Marleau, D., Samland, M., Tremblin, P., Ligi, R., Cantalloube, F., Molliere, P., Charnay, B., Kuzuhara, M., Janson, M., Morley, C., Homeier, D. D., D’Orazi, V., Klahr, H., Mordasini, C., Lavie, B., Baudino, L., Beust, H., Peretti, S., Musso Bartucci, A., Mesa, D., Bézard, B., Boccaletti, A., Galicher, R., Hagelberg, J., Desidera, S., Biller, B., Maire, A. -L., Allard, F., Borgniet, S., Lannier, J., Meunier, N., Desort, M., Alecian, E., Chauvin, G., Langlois, M., Henning, T., Mugnier, L., Mouillet, D., Gratton, R., Brandt, T., Mc Elwain, M., Beuzit, L., Tamura, M., Hori, Y., Brandner, W., Buenzli, E., Cheetham, A., Cudel, M., Feldt, M., Kasper, M., Keppler, M., Kopytova, T., Meyer, M., Perrot, C., Rouan, D., Salter, G., Schmidt, T., Sissa, E., Zurlo, A., Wildi, F., Blanchard, P., De Caprio, V., Delboulbé, A., Maurel, D., Moulin, T., Pavlov, A., Rabou, P., Ramos, J., Roelfsema, R., Rousset, G., Stadler, E., Rigal, François, Weber, L., Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2007-2019] (Grenoble INP [2007-2019])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2007-2019] (Grenoble INP [2007-2019])-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), Max-Planck-Gesellschaft, Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Leiden Observatory [Leiden], Universiteit Leiden [Leiden], Laboratoire Gemini (LG), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015 - 2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015 - 2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Exeter, Maison de la Simulation (MDLS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Department of Astronomy, Stockholm University, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH), Universität Heidelberg [Heidelberg], INAF - Osservatorio Astronomico di Padova (OAPD), Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Physikalisches Institut [Bern], Universität Bern [Bern], Observatoire Astronomique de l'Université de Genève (ObsGE), Université de Genève (UNIGE), Department of Biochemistry and Molecular Biology, Mayo Clinic, Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL), Laboratoire d'Etude des Phénomènes de Transfert Appliqués aux Bâtiments (LEPTAB), Université de La Rochelle (ULR), Centre de Recherche en Nutrition Humaine d'Auvergne (CRNH d'Auvergne), Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ONERA - The French Aerospace Lab [Châtillon], Université Paris Saclay (COmUE)-ONERA, Riken, RIKEN - Institute of Physical and Chemical Research [Japon] (RIKEN), National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Recherche Nutrition Humaine, Hôpital de l'Hôtel-Dieu de Clermont-Ferrand, Groupe d'Acoustique de l'Université de Sherbrooke (GAUS), Département de génie mécanique [Sherbrooke], Université de Sherbrooke [Sherbrooke]-Université de Sherbrooke [Sherbrooke], University of Geneva, Genève, Chimie, Ingénierie Moléculaire et Matériaux d'Angers (CIMMA), Université d'Angers (UA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte (OAC), Laboratoire d'Informatique Fondamentale et Appliquée de Tours (LIFAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Tours-Institut National des Sciences Appliquées - Centre Val de Loire (INSA CVL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), NOVA Optical Infrared Instrumentation Group, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), PSL Research University (PSL), ONERA, Laboratoire de Chimie, Ingénierie Moléculaire et Matériaux d'Angers (CIMMA), Université de Tours-Institut National des Sciences Appliquées - Centre Val de Loire (INSA CVL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Angers (UA), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France, School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, P.O. Box 871404, Tempe, Leiden Observatory, Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA), Physikalisches Institut, Universitat Bern, Gesellschaftsstrasse 6, 3012, Bern, Switzerland, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), INAF-Osservatorio Astronomico di Brera (INAF-OAB), Haute résolution angulaire en astrophysique, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Pôle Planétologie du LESIA, Astrobiology Center of NINS (ABC), National Institutes of Natural Sciences [Tokyo] (NINS), Department of Astronomy, Stockholm University, AlbaNova University Center, 106 91, Stockholm, Sweden, Harvard University, ISDC, Geneva Observatory, University of Geneva, Instituto de Astronomia y Ciencias Planetarias de Atacama, Copayapu 485, Copiap, Atacama, Chile, Laboratoire Franco-Chilien d'Astronomie, UMI 3386, Institute for Advanced Study, Einstein Drive, Princeton, Exoplanets and Stellar Astrophysics Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center, European Southern Observatory (ESO), Institute for Astronomy, Department of Physics, ETH Zürich, Nucleo de Astronomia, Facultad de Ingenieria y Ciencias, Universidad Diego Portales, Av. Ejercito 441, Santiago, Chile, TNO/TPD-Space Instrumentation, and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
- Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences ,[PHYS.ASTR.EP]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Earth and Planetary Astrophysics [astro-ph.EP] ,Population ,FOS: Physical sciences ,Astrophysics ,01 natural sciences ,Luminosity ,Angular diameter ,0103 physical sciences ,education ,010303 astronomy & astrophysics ,Solar and Stellar Astrophysics (astro-ph.SR) ,0105 earth and related environmental sciences ,Earth and Planetary Astrophysics (astro-ph.EP) ,Physics ,education.field_of_study ,[PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the fluids [physics.class-ph] ,Stellar rotation ,Astronomy and Astrophysics ,Radius ,Surface gravity ,[PHYS.ASTR.SR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Solar and Stellar Astrophysics [astro-ph.SR] ,Radial velocity ,Astrophysics - Solar and Stellar Astrophysics ,13. Climate action ,Space and Planetary Science ,Spectral energy distribution ,[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,Astrophysics - Earth and Planetary Astrophysics - Abstract
The G-type star GJ504A is known to host a 3 to 35 MJup companion whose temperature, mass, and projected separation all contribute to make it a test case for the planet formation theories and for atmospheric models of giant planets and light brown dwarfs. We collected data from the CHARA interferometer, SOPHIE spectrograph, and VLT/SPHERE high contrast imager to revisit the properties of the system. We measure a radius of 1.35+/- 0.04Rsun for GJ504A which yields isochronal ages of 21+/-2Myr or 4.0+/-1.8Gyr for the system and line-of-sight stellar rotation axis inclination of $162.4_{-4.3}^{+3.8}$ degrees or $18.6_{-3.8}^{+4.3}$ degrees. We re-detect the companion in the Y2, Y3, J3, H2, and K1 dual band SPHERE images. The complete 1-4 $\mu$m SED shape of GJ504b is best reproduced by T8-T9.5 objects with intermediate ages ($\leq1.5$Gyr), and/or unusual dusty atmospheres and/or super-solar metallicities. All six atmospheric models used yield $\mathrm{T_{eff}=550 \pm 50}$K for GJ504b and point toward a low surface gravity (3.5-4.0 dex). The accuracy on the metallicity value is limited by model-to-model systematics. It is not degenerate with the C/O ratio. We derive $\mathrm{log\:L/L_{\odot}=-6.15\pm0.15}$ dex for the companion compatible with masses of $\mathrm{M=1.3^{+0.6}_{-0.3}M_{Jup}}$ and $\mathrm{M=23^{+10}_{-9} M_{Jup}}$ for the young and old age ranges, respectively. The semi-major axis (sma) is above 27.8 au and the eccentricity lower than 0.55. The posterior on GJ~504b's orbital inclination suggests a misalignment with GJ~504A rotation axis. We combine the radial velocity and multi-epoch imaging data to exclude additional objects (90\% prob.) more massive than 2.5 and 30 $\mathrm{M_{Jup}}$ with sma in the range 0.01-80 au for the young and old system ages, respectively. The companion is in the envelope of the population of planets synthetized with our core-accretion model., Comment: 33 pages, 25 figures. Accepted in Astronomy and Astrophysics
- Published
- 2018