The Gemini Planet Imager Exoplanet Survey: Giant Planet and Brown Dwarf Demographics from 10 to 100 au
Eric L. Nielsen
,
Robert J. de Rosa
,
Bruce Macintosh
,
Jason J. Wang
,
Jean-Baptiste Ruffio
,
Eugene Chiang
,
Mark S. Marley
,
Didier Saumon
,
Dmitry Savransky
,
S. Mark Ammons
,
Vanessa P. Bailey
,
Travis Barman
,
Célia Blain
,
Joanna Bulger
,
Adam Burrows
,
Jeffrey Chilcote
,
Tara Cotten
,
Ian Czekala
,
Rene Doyon
,
Gaspard Duchêne
(1)
,
Thomas M. Esposito
,
Daniel Fabrycky
,
Michael P. Fitzgerald
,
Katherine B. Follette
,
Jonathan J. Fortney
,
Benjamin L. Gerard
,
Stephen J. Goodsell
,
James R. Graham
,
Alexandra Z. Greenbaum
,
Pascale Hibon
,
Sasha Hinkley
,
Lea A. Hirsch
,
Justin Hom
,
Li-Wei Hung
,
Rebekah Ilene Dawson
,
Patrick Ingraham
,
Paul Kalas
,
Quinn Konopacky
,
James E. Larkin
,
Eve J. Lee
,
Jonathan W. Lin
,
Jérôme Maire
,
Franck Marchis
,
Christian Marois
,
Stanimir Metchev
,
Maxwell A. Millar-Blanchaer
,
Katie M. Morzinski
,
Rebecca Oppenheimer
,
David Palmer
,
Jennifer Patience
,
Marshall Perrin
,
Lisa Poyneer
,
Laurent Pueyo
,
Roman R. Rafikov
,
Abhijith Rajan
,
Julien Rameau
,
Fredrik T. Rantakyrö
,
Bin Ren
,
Adam C. Schneider
,
Anand Sivaramakrishnan
,
Inseok Song
,
Remi Soummer
,
Melisa Tallis
,
Sandrine Thomas
,
Kimberly Ward-Duong
,
Schuyler Wolff
Eric L. Nielsen
- Fonction : Auteur
Robert J. de Rosa
- Fonction : Auteur
Bruce Macintosh
- Fonction : Auteur
Jason J. Wang
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Jean-Baptiste Ruffio
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Eugene Chiang
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Mark S. Marley
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Didier Saumon
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Dmitry Savransky
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S. Mark Ammons
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Vanessa P. Bailey
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Travis Barman
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Célia Blain
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Joanna Bulger
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Adam Burrows
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Jeffrey Chilcote
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Tara Cotten
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Thomas M. Esposito
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Daniel Fabrycky
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Michael P. Fitzgerald
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Katherine B. Follette
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Jonathan J. Fortney
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Benjamin L. Gerard
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James R. Graham
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Pascale Hibon
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Sasha Hinkley
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Lea A. Hirsch
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Justin Hom
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Patrick Ingraham
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Paul Kalas
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Quinn Konopacky
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James E. Larkin
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Eve J. Lee
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Jonathan W. Lin
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Jérôme Maire
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Franck Marchis
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Christian Marois
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Stanimir Metchev
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Katie M. Morzinski
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Marshall Perrin
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Lisa Poyneer
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Laurent Pueyo
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Roman R. Rafikov
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Abhijith Rajan
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Julien Rameau
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Fredrik T. Rantakyrö
- Fonction : Auteur
Bin Ren
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Adam C. Schneider
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Anand Sivaramakrishnan
- Fonction : Auteur
Inseok Song
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Remi Soummer
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Melisa Tallis
- Fonction : Auteur
Sandrine Thomas
- Fonction : Auteur
Kimberly Ward-Duong
- Fonction : Auteur
Schuyler Wolff
- Fonction : Auteur
Résumé
We present a statistical analysis of the first 300 stars observed by the Gemini Planet Imager Exoplanet Survey. This subsample includes six detected planets and three brown dwarfs; from these detections and our contrast curves we infer the underlying distributions of substellar companions with respect to their mass, semimajor axis, and host stellar mass. We uncover a strong correlation between planet occurrence rate and host star mass, with stars M * > 1.5 M ⊙ more likely to host planets with masses between 2 and 13M Jup and semimajor axes of 3-100 au at 99.92% confidence. We fit a double power-law model in planet mass (m) and semimajor axis (a) for planet populations around high-mass stars (M * > 1.5 M ⊙) of the form {d}2N/({dm} {da})\propto {m}α {a}β , finding α = -2.4 ± 0.8 and β = -2.0 ± 0.5, and an integrated occurrence rate of {9}-4+5% between 5-13M Jup and 10-100 au. A significantly lower occurrence rate is obtained for brown dwarfs around all stars, with {0.8}-0.5+0.8% of stars hosting a brown dwarf companion between 13-80M Jup and 10-100 au. Brown dwarfs also appear to be distributed differently in mass and semimajor axis compared to giant planets; whereas giant planets follow a bottom-heavy mass distribution and favor smaller semimajor axes, brown dwarfs exhibit just the opposite behaviors. Comparing to studies of short-period giant planets from the radial velocity method, our results are consistent with a peak in occurrence of giant planets between ∼1 and 10 au. We discuss how these trends, including the preference of giant planets for high-mass host stars, point to formation of giant planets by core/pebble accretion, and formation of brown dwarfs by gravitational instability.