[論文レビュー] A Uniform Search for Nearby Planetary Companions to Hot Jupiters in TESS Data Reveals Hot Jupiters are Still Lonely

Benjamin J. Hord, Knicole D. Colón+13 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 94被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、TESSサイクル1の南黄道帯データを用いて、184個の確認済みホットジュピターに近い惑星の同伴を一貫性のある体系的な探索を実施した。2分間隔のデータと30分間隔のフルフレーム画像に、トランジット最小二乗法（TLS）を適用したところ、14日未塔の公軌道周期を持つ新たな統計的に妥当な惑星候補は検出されず、ホットジュピターは主に単独で存在するという結論を裏付ける結果が得られた。

ABSTRACT

We present the results of a uniform search for additional planets around all stars with confirmed hot Jupiters observed by the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) in its Cycle 1 survey of the southern ecliptic hemisphere. Our search comprises 184 total planetary systems with confirmed hot Jupiters with $R_{p}$ > 8$R_\oplus$ and orbital period < 10 days. The Transit Least Squares (TLS) algorithm was utilized to search for periodic signals that may have been missed by other planet search pipelines. While we recovered 169 of these confirmed hot Jupiters, our search yielded no new statistically-validated planetary candidates in the parameter space searched (P < 14 days). A lack of planet candidates nearby hot Jupiters in the TESS data supports results from previous transit searches of each individual system, now down to the photometric precision of TESS. This is consistent with expectations from a high eccentricity migration formation scenario, but additional formation indicators are needed for definitive confirmation. We injected transit signals into the light curves of the hot Jupiter sample to probe the pipeline's sensitivity to the target parameter space, finding a dependence proportional to $R_{p}^{2.32}P^{-0.88}$ for planets within 0.3$\leq$$R_{p}$$\leq$4 $R_\oplus$ and 1$\leq$$P$$\leq$14 days. A statistical analysis accounting for this sensitivity provides a median and $90\%$ confidence interval of $7.3\substack{+15.2 \\ -7.3}\%$ for the rate of hot Jupiters with nearby companions in this target parameter space. This study demonstrates how TESS uniquely enables comprehensive searches for nearby planetary companions to nearly all the known hot Jupiters.

研究の動機と目的

• TESSサイクル1南半球調査データにおける、すべての確認済みホットジュピターに対する包括的かつ一貫性のある近傍惑星同伴の探索を行う。
• ホットジュピターの周りに小さな短周期惑星を検出するためのトランジット最小二乗法（TLS）パイプラインの感度を評価する。
• 定義されたパラメータ空間内におけるホットジュピターの近傍同伴の出現率を統計的に推定する。
• SPOCおよびQLPパイプラインと比較して、TLSの小型で浅いトランジットの検出効率を評価する。
• TESSサイクル1データに基づき、ホットジュピターのトランジット周期予報を更新する。

提案手法

• 184個のホットジュピター系（Rp > 8R⊕、P < 10日）に対して、PDC-SAPおよびFFI光曲線にトランジット最小二乗法（TLS）を適用した。
• 検出感度を最大化するため、デフォルトおよびグラジングトランジットモデル形状の両方を用いた。
• 偽陽性確率が1%未満となるよう、DAVEおよびvespaを用いて候補信号を検証した。
• 光曲線に合成トランジット信号を注入することで、惑星半径（Rp）および公軌道周期（P）に応じた検出感度を補正した。
• 検出バイアスを補正するため、感度の依存性をR².³²ₚ P⁻⁰.⁸⁸としてモデル化した。
• 感度補正済み検出率を用いた統計的分析により、近傍同伴の真の出現率を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホットジュピターの近傍に、1 ≤ P ≤ 14日、0.3 ≤ Rp ≤ 4 R⊕の惑星同伴が存在する真の出現率は、TESS南黄道帯でどの程度か？
• RQ2 ホットジュピター系において、標準的なSPOCおよびQLPパイプラインと比較して、TLSアルゴリズムはより多くの小型で浅いトランジットを検出できるか？
• RQ3 同伴が検出されないという事実は、ホットジュピターの形成メカニズムとして高離心率移動が支配的であることに整合しているか？
• RQ4 TESSデータにおけるホットジュピター系の検出感度は、惑星半径および公軌道周期にどのように依存するか？
• RQ5 TESSサイクル1データから得られた更新済みトランジット周期予報は、従来の測定値よりも精度が高いか？

主な発見

• 184個のホットジュピター系において、14日未塔の公軌道周期を持つ新たな統計的に妥当な惑星候補は検出されなかった。
• 検出感度を補正した統計的分析により、ホットジュピター1つあたりの近傍同伴（0.3 ≤ Rp ≤ 4 R⊕、1 ≤ P ≤ 14日）の中央出現率は7.3+15.2−7.3%となった。
• 検出感度はR².³²ₚ P⁻⁰.⁸⁸に比例し、より大きな惑星および短い周期の検出に感度が高いことが示された。
• 本研究は、ホットジュピターが主に孤立したシステムであるという事実を確認し、高離心率移動仮説を支持した。
• TLSパイプラインは、184個の確認済みホットジュピターのうち169個を回復し、信号回復の高精度性を示した。
• TESSサイクル1データに基づく更新済みトランジット周期予報は、ほとんどの系で惑星半径および周期の精度が向上しており、離心率の推定値は文献値よりもわずかに高くなった。