[論文レビュー] A temperature inversion in WASP-33b? Large Binocular Telescope occultation data confirm significant thermal flux at short wavelengths

C. von Essen, M. Mallonn+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 52被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、大型二眼望遠鏡を用いて、超高温木星 WASP-33b の V バンドおよび Y バンド同時二次食観測を実施し、脈動モデルを用いて惑星信号を分離した。測定された食深度 1.03 ± 0.34 ppt は、3398 ± 302 K の明るさ温度を示し、黒体放射スペクトルと整合的であり、大気中に温度逆転の明確な証拠がないものの、恒星エネルギーの効率的再放射を示唆している。

ABSTRACT

We observed a secondary eclipse of WASP-33b quasi-simultaneously in the optical (~0.55 μm) and the near-infrared (~1.05 μm) using the 2x8.4 m Large Binocular Telescope. WASP-33 is a δ Scuti star pulsating with periods comparable to the eclipse duration, making the determination of the eclipse depth challenging. We use previously determined oscillation frequencies to model and remove the pulsation signal from the light curves, isolating the secondary eclipse. The determined eclipse depth is dF = 1.03 +/- 0.34 parts per thousand, corresponding to a brightness temperature of Tb = 3398 +/- 302 K. Combining previously published data with our new measurement we find the equilibrium temperature of WASP-33b to be Tb = 3358 +/- 165 K. We compare all existing eclipse data to a blackbody spectrum, to a carbon-rich non-inverted model and to a solar composition model with an inverted temperature structure. We find that current available data on WASP-33b's atmosphere can be best represented by a simple blackbody emission, without the need for more sophisticated atmospheric models with temperature inversions. Although our data cannot rule out models with or without a temperature inversion, they do confirm a high brightness temperature for the planet at short wavelengths. WASP-33b is one of the hottest exoplanets known till date, and its equilibrium temperature is consistent with rapid reradiation of the absorbed stellar light and a low albedo.

研究の動機と目的

• 地上望遠鏡を用いて、光学的（V バンド）および近赤外線（Y バンド）領域における WASP-33b の二次食深度を測定すること。
• δ Scuti 型恒星 WASP-33 を宿主とする星の光曲線における星の脈動効果を低減し、惑星の熱的信号を分離すること。
• 多波長の食データから、WASP-33b の明るさ温度および平衡温度を決定すること。
• 黒体、炭素豊富で逆転なし、太陽組成で逆転のあるモデルとの比較を通じて、WASP-33b の大気構造が温度逆転を支持するかを評価すること。
• 星の活動性およびアラベドが、食深度および大気解釈に与える影響を評価すること。

提案手法

• V（約 0.55 μm）および Y（約 1.05 μm）バンドにおける WASP-33b の二次食を、大型二眼望遠鏡を用いて同時光度測定した。
• 事前に決定された振動周波数を用いて星の脈動信号をモデル化し、光曲線から除去することで相関ノイズを低減し、食深度の精度を向上させた。
• 食深度は ΔF = 1.03 ± 0.34 ppt として測定され、これに対応する明るさ温度は T_B = 3398 ± 302 K であった。
• スペクトルエネルギー分布を黒体曲線にフィットさせ、本研究のデータと先行観測データを統合して、平衡温度 T_eq = 3358 ± 165 K を導出した。
• χ²統計を用いて、黒体、非逆転、逆転のある大気モデルの観測データへの適合度を評価した。
• 星の活動性は、高分解能 Keck/HIRES スペクトロスコピーによる Ca II H および K 線の観測を通じて評価され、大気解釈への影響を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WASP-33b の光学的および近赤外線バンドにおける二次食深度は、大気中に温度逆転を支持するか？
• RQ2 δ Scuti 宿主星 WASP-33 の星の脈動は、食深度測定の精度にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 WASP-33b の導出された明るさ温度は、黒体および大気モデル予測とどのように比較されるか？
• RQ4 多波長の食データによって制約された WASP-33b の平衡温度は何か？
• RQ5 短波長域における観測された放射分布は、星のエネルギーを効率的に再放射していることを示唆するか？これは低アルベドおよび高熱的効率を示唆するか？

主な発見

• V バンドにおける測定された食深度は ΔF = 1.03 ± 0.34 ppt であり、これに対応する明るさ温度は 3398 ± 302 K であった。
• WASP-33b の平衡温度は 3358 ± 165 K と決定され、以前の測定と整合的であり、吸収した恒星光の効率的再放射を示している。
• 観測データは、黒体放射スペクトルに最もよく適合し、温度逆転あり・なしのモデルに強い統計的優位性は認められない。
• 温度逆転の存在は否定できないが、データはそれを必要とせず、TiO/VO による逆転の明確な証拠も得られなかった。
• 星の脈動は、成功裏にモデル化され、光曲線から除去され、相関ノイズが顕著に低減され、食深度の決定精度が向上した。
• 幾何的アルベドが 0.5 の場合、食深度に約 350 ppt の寄与が生じるが、これは 1-σ の不確実性内に収まり、導出された温度に顕著な影響を与えないことが示唆された。