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K-Stacker: an algorithm to hack the orbital parameters of planets hidden in high-contrast imaging: First applications to VLT/SPHERE multi-epoch observations

Authors :
Jean-Luc Beuzit
Arthur Vigan
Markus Feldt
Kjetil Dohlen
H. Le Coroller
E. Sissa
A. L. Maire
Pierre Vernazza
A. Schneeberger
Anthony Cheetham
S. Rochat
Michael R. Meyer
Thierry Fusco
Mariangela Bonavita
D. Estevez
D. Le Mignant
François Ménard
Joany Andreina Manjarres Ramos
Matthias Samland
Mathias Nowak
Mickael Bonnefoy
J. C. Lambert
Alice Zurlo
Valentina D'Orazi
Dino Mesa
Philippe Delorme
A. Boccaletti
Hervé Beust
R. Galicher
Roxanne Ligi
Gael Chauvin
A-M. Lagrange
Markus Janson
T. Fenouillet
Raffaele Gratton
David Mouillet
L. Arnold
M. Devinat
Silvano Desidera
Maud Langlois
J. Bec-Canet
C. Desgrange
Jean-François Sauvage
Observatoire de Haute-Provence (OHP)
Institut Pythéas (OSU PYTHEAS)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
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)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
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)-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)
European Southern Observatory (ESO)
INAF - Osservatorio Astronomico di Padova (OAPD)
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)
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)
Observatoire Astronomique de l'Université de Genève (ObsGE)
Université de Genève (UNIGE)
Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA)
Max-Planck-Gesellschaft
Department of Astronomy
Stockholm University
Department of Biochemistry and Molecular Biology
Mayo Clinic
DOTA, ONERA, Université Paris Saclay [Châtillon]
ONERA-Université Paris-Saclay
University of Copenhagen = Københavns Universitet (KU)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics (LESIA)
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)-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
École normale supérieure de Lyon (ENS de 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)
Université de Genève = University of Geneva (UNIGE)
University of Copenhagen = Københavns Universitet (UCPH)
Source :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2020, 639, pp.A113. ⟨10.1051/0004-6361/202037605⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2020, 639, pp.A113. ⟨10.1051/0004-6361/202037605⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

Recent high-contrast imaging surveys, looking for planets in young, nearby systems showed evidence of a small number of giant planets at relatively large separation beyond typically 20 au where those surveys are the most sensitive. Access to smaller physical separations between 5 and 20 au is the next step for future planet imagers on 10 m telescopes and ELTs in order to bridge the gap with indirect techniques (radial velocity, transit, astrometry with Gaia). In that context, we recently proposed a new algorithm, Keplerian-Stacker, combining multiple observations acquired at different epochs and taking into account the orbital motion of a potential planet present in the images to boost the ultimate detection limit. We showed that this algorithm is able to find planets in time series of simulated images of SPHERE even when a planet remains undetected at one epoch. Here, we validate the K-Stacker algorithm performances on real SPHERE datasets, to demonstrate its resilience to instrumental speckles and the gain offered in terms of true detection. This will motivate future dedicated multi-epoch observation campaigns in high-contrast imaging to search for planets in emitted and reflected light. Results. We show that K-Stacker achieves high success rate when the SNR of the planet in the stacked image reaches 7. The improvement of the SNR ratio goes as the square root of the total exposure time. During the blind test and the redetection of HD 95086 b, and betaPic b, we highlight the ability of K-Stacker to find orbital solutions consistent with the ones derived by the state of the art MCMC orbital fitting techniques, confirming that in addition to the detection gain, K-Stacker offers the opportunity to characterize the most probable orbital solutions of the exoplanets recovered at low signal to noise.<br />Comment: Astronomy & Astrophysics accepted, 13 Pages, 11 Figures

Details

Language :
English
ISSN :
00046361
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2020, 639, pp.A113. ⟨10.1051/0004-6361/202037605⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2020, 639, pp.A113. ⟨10.1051/0004-6361/202037605⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....4312bb7dd7760ad529182c20b9698ad6
Full Text :
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202037605⟩