Validation of Elemental and Isotopic Abundances in Late-M Spectral Types with the Benchmark HIP 55507 AB System
Jerry W. Xuan, Jason Wang, Luke Finnerty, Katelyn Horstman, Simon L. Grimm, Anne E. Peck, E. Nielsen, Heather A. Knutson, Dimitri Mawet, Howard Isaacson, Andrew W. Howard, Michael C. Liu, S. Walker, M. W. Phillips, Geoffrey A. Blake, Jean-Baptiste Ruffio, Yapeng Zhang, Julie Inglis, Nicole L. Wallack, Aniket Sanghi, Erica J. Gonzales, Fei Dai, Ashley Baker, Randall Bartos, Charlotte Z. Bond, Marta L. Bryan, Benjamin Calvin, Sylvain Cetre, Jacques-Robert Delorme, Greg Doppmann, Daniel Echeverri, Michael P. Fitzgerald, Nemanja Jovanović, Joshua Liberman, Ronald López, Emily C. Martin, Evan Morris, Jacklyn Pezzato, Garreth Ruane, Ben Sappey, Tobias Schofield, Andrew Skemer, Taylor Venenciano, J. Kent Wallace, Ji Wang, Peter Wizinowich, Yinzi Xin, Shubh Agrawal, Clarissa R. Do Ó, Chih-Chun Hsu, Caprice L. Phillips
Abstract
Abstract M dwarfs are common host stars to exoplanets but often lack atmospheric abundance measurements. Late-M dwarfs are also good analogs to the youngest substellar companions, which share similar T eff ∼ 2300–2800 K. We present atmospheric analyses for the M7.5 companion HIP 55507 B and its K6V primary star with Keck/KPIC high-resolution ( R ∼ 35,000) K -band spectroscopy. First, by including KPIC relative radial velocities between the primary and secondary in the orbit fit, we improve the dynamical mass precision by 60% and find <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>88.0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3.2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>3.4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>Jup</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> , putting HIP 55507 B above the stellar–substellar boundary. We also find that HIP 55507 B orbits its K6V primary star with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>a</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>38</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> au and e = 0.40 ± 0.04. From atmospheric retrievals of HIP 55507 B, we measure [C/H] = 0.24 ± 0.13, [O/H] = 0.15 ± 0.13, and C/O = 0.67 ± 0.04. Moreover, we strongly detect 13 CO (7.8 σ significance) and tentatively detect <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:math> (3.7 σ significance) in the companion’s atmosphere and measure <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mn>12</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>CO</mml:mi> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>CO</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>98</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>22</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>28</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>16</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>240</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>80</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>145</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> after accounting for systematic errors. From a simplified retrieval analysis of HIP 55507 A, we measure <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mn>12</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>CO</mml:mi> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>CO</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>79</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>16</mm