Quick Jump: Vol./No: Page:

Progress of Theoretical Physics
Supplement No.158 (2005) pp. 24-42
URL : http://ptp.ipap.jp/link?PTPS/158/24/

Observed Properties of Exoplanets: Masses, Orbits, and Metallicities

Geoffrey Marcy,1,* R. Paul Butler,2 Debra Fischer,3 Steven Vogt,4 Jason T. Wright,1 Chris G. Tinney5 and Hugh R. A. Jones6

1Astronomy Department, University of California, Berkeley, CA 94720, USA
2Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington,
5241 Broad Branch Rd NW, Washington DC 20015-1305, USA
3Department of Physics and Astronomy, San Francisco State University,
San Francisco, CA 94132, USA
4UCO/Lick Observatory, University of California at Santa Cruz,
Santa Cruz, CA 95064, USA
5Anglo-Australian Observatory, PO Box 296, Epping 1710, Australia
6Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire,
Hatfield, AL10 9AB, UK

We review the observed properties of exoplanets found by the Doppler technique that has revealed 152 planets to date. We focus on the ongoing 18-year survey of 1330 FGKM type stars at Lick, Keck, and the Anglo-Australian Telescopes that offers both uniform Doppler precision (3 m s-1) and long duration. The 104 planets detected in this survey have minimum masses (M sin i) as low as 6 M Earth, orbiting between 0.02 and 6 AU. The core-accretion model of planet formation is supported by four observations: 1) The mass distribution rises toward the lowest detectable masses, dN/dMM -1.0. 2) Stellar metallicity correlates strongly with the presence of planets. 3) One planet (1.3 M Sat) has a massive rocky core, M Core ≈ 70 M Earth. 4) A super-Earth of ∼ 7 M Earth has been discovered. The distribution of semi-major axes rises from 0.3 – 3.0 AU (dN/d log a) and extrapolation suggests that ∼12% of the FGK stars harbor gas-giant exoplanets within 20 AU. The median orbital eccentricity is <e >= 0.25, and even planets beyond 3 AU reside in eccentric orbits, suggesting that the circular orbits in our Solar System are unusual. The occurrence “hot Jupiters” within 0.1 AU of FGK stars is 1.2 ± 0.2%. Among stars with one planet, 14% have at least one additional planet, occasionally locked in resonances. Kepler and COROT will measure the occurrence of earth-sized planets. The Space Interferometry Mission (SIM) will detect planets with masses as low as 3 M Earth orbiting within 2 AU of stars within 10 pc, and it will measure masses, orbits, and multiplicity. The candidate rocky planets will be amenable to follow-up spectroscopy by the “Terrestrial Planet Finder” and Darwin.

*E-mail: gmarcy@berkeley.edu

[Table of Contents] [Next Article]
PDF[full text PDF] (732K)[Buy This Article]


  1. S. J. Aarseth, D. N. C. Lin and P. L. Palmer, Astrophys. J. 403 (1993), 351[CrossRef].
  2. Y. Alibert, C. Mordesini, W. Benz and C. Winisdoerffer, Astron. Astrophys. 434 (2005), 343[CrossRef].
  3. R. Alonso et al., Astrophys. J. 613 (2004), L153[CrossRef].
  4. P. J. Armitage, C. J. Clarke and F. Palla, Mon. Not. R. Astron. Soc. 342 (2003), 1139.
  5. P. Artymowicz, Astrophys. J. 419 (1993), 166[CrossRef].
  6. I. Baraffe, G. Chabrier, F. Allard and P. H. Hauschildt, Astron. Astrophys. 382 (2002), 563[CrossRef].
  7. P. Bodenheimer and J. B. Pollack, Icarus 67 (1986), 391.
  8. P. Bodenheimer, G. Laughlin and D. N. C. Lin, Astrophys. J. 592 (2003), 555[CrossRef].
  9. F. Bouchy, C. Melo, N. C. Santos, M. Mayor, D. Queloz and S. Udry, Astron. Astrophys. 431 (2005), 1105[CrossRef].
  10. G. Bryden, M. R'ożyczka, D. N. C. Lin and P. Bodenheimer, Astrophys. J. 540 (2000), 1091[CrossRef].
  11. A. Burrows et al., Astrophys. J. 491 (1997), 856[CrossRef].
  12. R. P. Butler, S. S. Vogt, G. W. Marcy, D. A. Fischer, J. T. Wright, G. W. Henry, G. Laughlin and J. J. Lissauer, Astrophys. J. 617 (2004), 580[CrossRef].
  13. D. Charbonneau, T. M. Brown, D. W. Latham and M. Mayor, Astrophys. J. 529 (2000), L45[CrossRef].
  14. D. Charbonneau, T. M. Brown, R. Noyes and R. Gilliland, Astrophys. J. 568 (2001), 377[CrossRef].
  15. D. Charbonneau,L. E. Allen, S. T. Megeath, G. Torres, R. Alonso, T. M. Brown, R. L. Gilliland, D. W. Latham, G. Mandushev, F. T. O'Donovan and A. Sozzetti, Astrophys. J. 626 (2005), 523[CrossRef].
  16. E. I. Chiang and N. Murray, Astrophys. J. 576 (2002), 473[CrossRef].
  17. G. Chauvin, A.-M. Lagrange, C. Dumas, B.  Zuckerman, D. Mouillet, I. Song, J.-L. Beuzit and P. Lowrance, Astron. Astrophys. 425 (2004), L29[CrossRef].
  18. G. D'Angelo, W. Kley and T. Henning, Astrophys. J. 586 (2003), 540[CrossRef].
  19. D. Deming, S. Seager, L. J. Richardson and J. Harrington, Nature 434 (2005), 740[CrossRef].
  20. ESA (1997), VizieR Online Data Catalog, 1239, 0.
  21. D. A. Fischer and J. A. Valenti, Astrophys. J. 622 (2005), 1102[CrossRef].
  22. E. B. Ford and S. Tremaine, Publ. Astron. Soc. Pac. 115 (2003), 1171.
  23. E. B. Ford, F. A. Rasio and K. Yu, ASP Conf. Ser. 294 (2003), 181.
  24. E. B. Ford, Publ. Astron. Soc. Pac. 116 (2004), 1083.
  25. E. B. Ford, Astron. J. (2005), submitted.
  26. E. B. Ford, V. Lystad and F. Rasio, Nature (2005), submitted.
  27. S. Frink, A. Quirrenbach, D. A. Fischer, S.  Röser and E. Schilbach, Publ. Astron. Soc. Pac. 113 (2001), 173.
  28. K. Go'zdziewski, Astron. Astrophys. 398 (2003), 315[CrossRef].
  29. G. Gonzalez, Mon. Not. R. Astron. Soc. 285 (1997), 403.
  30. R. Greenberg, W. K. Hartmann, C. R. Chapman and J. F. Wacker, Icarus 35 (1978), 1.
  31. K. E. Haisch, E. A. Lada and C. J. Lada, Astrophys. J. 553 (2001), L153[CrossRef].
  32. L. Hartmann, N. Calvet, E. Gullbring and P. D'Alessio, Astrophys. J. 495 (1998), 385[CrossRef].
  33. C. Hayashi, Prog. Theor. Phys. Suppl. No. 70 (1981), 35[IPAP].
  34. G. W. Henry, G. W. Marcy, R. P. Butler and S. S. Vogt, Astrophys. J. 529 (2000), L41[CrossRef].
  35. O. Hubickyj, P. Bodenheimer and J. J. Lissauer, Revista Mexicana de Astronomia y Astrofisica Conference Series 22 (2004), 83.
  36. S. Ida and D. N. C. Lin, Astrophys. J. 604 (2004), 388[CrossRef]. (2004b)
  37. S. Ida and D. N. C. Lin, Astrophys. J. 616 (2004), 567[CrossRef]. (2004b)
  38. S. Ida and D. N. C. Lin, Astrophys. J., “Towards a deterministic model of planetary formation. III. Mass distribution of short-period planets around stars of various masses”, (2005), in press.
  39. M. Ikoma, K. Nakazawa and E. Emori, Astrophys. J. 537 (2000), 1013[CrossRef].
  40. H. R. A. Jones, R. P. Butler, C. G. Tinney, G. W. Marcy, C.  McCarthy, A. J. Penny and B. D. Carter, ASP Conf. Ser. 321 (2004), 298.
  41. A. Jorissen, M. Mayor and S. Udry, Astron. Astrophys. 379 (2001), 992[CrossRef].
  42. E. Kokubo and S. Ida, Icarus 131 (1998), 171.
  43. E. Kokubo and S. Ida, Icarus 143 (2000), 15.
  44. E. Kokubo and S. Ida, Astrophys. J. 581 (2002), 666[CrossRef].
  45. W. Kley, M.-H. Lee, N. Murray and S. Peale, Astrophys. J. (2005), in press.
  46. K. Kornet, P. Bodenheimer, M. R'ożyczka and T. F. Stepinski, Astron. Astrophys. 430 (2005), 1133[CrossRef].
  47. M. Konacki, G. Torres, D. D. Sasselov and S. Jha, Astrophys. J. 597 (2003), 1076[CrossRef].
  48. G. Laughlin and J. E.  Chambers, Astrophys. J. 551 (2001), L109[CrossRef].
  49. G. Laughlin, G. W.  Marcy, S. S. Vogt, D. A. Fischer and R. P. Butler, Astrophys. J. (2005), in press, “On the Eccentricity of HD 209458”.
  50. M. H. Lee and S. J. Peale, Astrophys. J. 567 (2002), 596[CrossRef].
  51. H. F. Levison, J. J. Lissauer and M. J. Duncan, Astron. J. 116 (1998), 1998.
  52. D. N. C. Lin, J. C. B. Papaloizou, C. Terquem, G. Bryden and S. Ida, Protostars and Planets IV (2000), 1111.
  53. J. J. Lissauer, Icarus 114 (1995), 217.
  54. G. W. Marcy and R. P.  Butler, Publ. Astron. Soc. Pac. 112 (2000), 137.
  55. G. W. Marcy, R. P. Butler, D. A. Fischer and S. S. Vogt, ASP Conf. Ser. 294 (2003), 1.
  56. G. W. Marcy, R. P. Butler, D. A. Fischer and S. S. Vogt, ASP Conf. Ser. 321 (2004), 3. (2004b)
  57. G. W. Marcy, R. P. Butler, S. S. Vogt, D. A. Fischer, G. W. Henry, G. Laughlin, J. T. Wright and J. Johnson, Astrophys. J. 619 (2005), 570[CrossRef].
  58. F. Marzari and S. J. Weidenschilling, Icarus 156 (2002), 570.
  59. M. Mayor, S. Udry, D. Naef, F. Pepe, D. Queloz, N. C. Santos and M. Burnet, Astron. Astrophys. 415 (2004), 391[CrossRef].
  60. B. McArthur, M. Endl, W. D. Cochran, G. F. Benedict, D. A. Fischer, G. W. Marcy and R. P. Butler, Astrophys. J. 614 (2004), 81.
  61. H. Mizuno, Prog. Theor. Phys. Suppl. No. 64 (1980), 54[IPAP].
  62. R. P. Nelson and J. C. B. Papaloizou, Mon. Not. R. Astron. Soc. 333 (2002), L26.
  63. M. Podolak, Icarus 165 (2003), 428.
  64. M. Podolak, Revista Mexicana de Astronomia y Astrofisica Conference Series 22 (2004), 104.
  65. J. B. Pollack et al., Icarus 124 (1996), 62.
  66. I. N. Reid, Publ. Astron. Soc. Pac. 114 (2002), 306.
  67. E. J. Rivera and J. J. Lissauer, Astrophys. J. 558 (2001), 392[CrossRef].
  68. E. J. Rivera, J. J. Lissauer, R. P. Butler, G. W. Marcy, S. S. Vogt, D. A. Fischer, T. M. Brown, G. Laughlin and G. W. Henry, Astrophys. J. (2005), in press.
  69. N. C. Santos, G. Israelian and M. Mayor, Astron. Astrophys. 415 (2004), 1153[CrossRef].
  70. B. Sato, D. A. Fischer, G. W. Henry, G. Laughlin, R. P. Butler, G. W. Marcy, S. S. Vogt, P. Bodenheimer, A. Wolf, M. Ammons, L. Boyd, S. Ida, J. A. Johnson, C. McCarthy, D. Minnniti, S. Robinson, J. Strader, K. L. Tah, E. Toyota, J. Valenti and J. T. Wright, submitted to Astrophys. J.
  71. G. Schneider et al., American Astronomical Society Meeting Abstracts (2004), 205,
  72. M. Shao, Interferometry in Space, ed. Michael Shao, Proceedings of the SPIE 4852 (2003).
  73. A. Sozzetti, S. Casertano, R. A. Brown and M. G. Lattanzi, Publ. Astron. Soc. Pac. 114 (2002), 1173.
  74. A. Sozzetti, S. Casertano, R. A. Brown and M. G. Lattanzi, Publ. Astron. Soc. Pac. 115 (2003), 1072.
  75. H. Tanaka, T. Takeuchi and W. R. Ward, Astrophys. J. 565 (2002), 1257[CrossRef].
  76. H. Tanaka and W. R. Ward, Astrophys. J. 602 (2004), 388[CrossRef].
  77. E. W. Thommes and J. J. Lissauer, Astrophys. J. 597 (2003), 566[CrossRef].
  78. G. Torres, M. Konacki, D. D. Sasselov and S. Jha, American Astronomical Society Meeting 203 (2003).
  79. G. Torres, M. Konacki, D. D.  Sasselov and S. Jha, Astrohpys. J. 619 (2005), 558.
  80. D. E. Trilling, J. I. Lunine and W. Benz, Astron. Astrophys. 394 (2002), 241[CrossRef].
  81. J. A. Valenti and D. A. Fischer, Astrophys. J. (2005), in press.
  82. A. Vidal-Madjar, J.-M. Desert, A. Lecavelier des Etangs, G. Hebrard, G. Ballester, D. Ehrenreich, R. Ferlet, J. McConnell, M. Mayor and C. Parkingson, Astrophys. J. 604 (2004), L69[CrossRef].
  83. S. S. Vogt, R. P. Butler, G. W. Marcy, D. A. Fischer, G. W. Henry, G. Laughlin, J. T. Wright and J. Johnson, Astrophys. J. (2005), in press.
  84. W. R. Ward, Icarus 106 (1993), 274.
  85. W. R. Ward, Astrophys. J. 482 (1997), L211[CrossRef].
  86. G. W. Wetherill and G. R. Stewart, Icarus 77 (1989), 330.
  87. J. Winn, R. W. Noyes, G. W. Marcy, R. P. Butler et al., Astrophys. J. (2005), in prep., “Measurement of spin-Orbit Alignment in an Extrasolar Planetary System”.
  88. J. T. Wright, G. W. Marcy, R. P. Butler and S. S. Vogt, Astrophys. J. Suppl. 152 (2004), 261.
  89. S. Zucker and T. Mazeh, ASP Conf. Ser. 294 (2003), 31.

Quick Search:

Author: Title/Abstract: Vol./No:


Copyright (c) Progress of Theoretical Physics 2008 All rights reserved.