[論文レビュー] A terrestrial-sized exoplanet at the snow line of TRAPPIST-1

Rodrigo Luger, Marko Sestovic+30 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、TRAPPIST-1系の雪線に位置し、18.77日周期の地球サイズの系外惑星（0.727 R⊕）であるTRAPPIST-1hの検出を報告している。この惑星は、7つの惑星が含まれる共鳴鎖に位置することが確認された。平衡温度173 Kと、3.3日周期の恒星の回転、および低レベルのフレアは、ラプラス共鳴と整合する安定で低活動のM型矮星系であることを支持している。

ABSTRACT

The TRAPPIST-1 system is the first transiting planet system found orbiting an ultra-cool dwarf star. At least seven planets similar to Earth in radius and in mass were previously found to transit this host star. Subsequently, TRAPPIST-1 was observed as part of the K2 mission and, with these new data, we report the measurement of an 18.77 d orbital period for the outermost planet, TRAPPIST-1h, which was unconstrained until now. This value matches our theoretical expectations based on Laplace relations and places TRAPPIST-1h as the seventh member of a complex chain, with three-body resonances linking every member. We find that TRAPPIST-1h has a radius of 0.727 Earth radii and an equilibrium temperature of 173 K. We have also measured the rotational period of the star at 3.3 d and detected a number of flares consistent with a low-activity, middle-aged, late M dwarf.

研究の動機と目的

• 外側の惑星であるTRAPPIST-1hの軌道周期を特定すること。
• 特に三体共鳴の存在を含めたTRAPPIST-1系の動的構造を調査すること。
• 惑星系の安定性を評価するため、母星の回転と磁気活動を特徴づけること。
• K2ミッションの光度測定を用いてTRAPPIST-1hの半径と平衡温度を測定すること。
• 超冷却矮星の周囲に存在する多重惑星系におけるラプラス共鳴の理論的期待と照合すること。

提案手法

• TRAPPIST-1hの食を検出およびその軌道周期を測定するためのK2ミッション光度データの分析。
• 惑星の存在を確認し、その軌道パラメータを精緻化するための食時系列解析の適用。
• 位相合わせた光曲線を用いて、惑星の半径（0.727 R⊕）と平衡温度（173 K）を導出。
• spotted surface features による星の光度変調を用いた恒星の回転周期の測定。
• 時間分解光度測定を用いたフレアの検出と特徴づけにより、活動レベルを評価。
• 観測された軌道周期と共鳴鎖構造を、理論的ラプラス共鳴の期待と照合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TRAPPIST-1系の外側の惑星であるTRAPPIST-1hの軌道周期は何か？
• RQ2 ラプラス関係が予測するように、TRAPPIST-1hは隣接する惑星と三体共鳴鎖に位置しているか？
• RQ3 TRAPPIST-1hの平衡温度と半径は何か？また、雪線に位置するという点とどのように関連しているか？
• RQ4 TRAPPIST-1の母星の回転周期は何か？これはその活動性と年齢に何を示唆しているか？
• RQ5 観測された星のフレアは、低活動で中年期のM型矮星と整合しているか？

主な発見

• TRAPPIST-1hの軌道周期は18.77日と測定され、系の雪線に位置していることが確認された。
• TRAPPIST-1hの半径は0.727地球半径であり、地上型の組成を示している。
• TRAPPIST-1hの平衡温度は173 Kであり、雪線に位置する冷たく凍りついた環境と整合的である。
• 母星であるTRAPPIST-1の回転周期は3.3日であり、中年期で低活動の後期M型矮星であることを示している。
• フレアは検出されたが、弱くかつまれにしか発生しなかったため、低活動状態が支持された。
• 系の軌道的構造は、全7つの惑星が関与する共鳴鎖を確認しており、隣接する各ペアが三体共鳴で結ばれている。