[論文レビュー] Close-in planets around giant stars. Lack of hot-Jupiters and prevalence of multi-planetary systems

J. Lillo-Box, D. Barrado+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 25被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、巨星および準巨星の周囲を回る13個の近軌道系外惑星を分析し、そのうち70.0±6.6%が複数惑星系に属していることが判明した。これは主系列星の周囲で観測される42.4±0.1%よりも顕著に高い。この結果は、0.06 au未塔の軌道にあるホットジュピターが星の進化過程で飲み込まれる可能性が高く、0.06–0.5 auの範囲では主に複数惑星系が残ると考えられることを示唆している。これは潮汐的飲み込みモデルを支持し、主系列後期の惑星系進化における重要な観測的傾向を浮き彫りにしている。

ABSTRACT

Extrasolar planets abound in almost any possible configuration. However, until five years ago, there was a lack of planets orbiting closer than 0.5 au to giant or subgiant stars. Since then, recent detections have started to populated this regime by confirming 13 planetary systems. We discuss the properties of these systems in terms of their formation and evolution off the main sequence. Interestingly, we find that $70.0\pm6.6$ % of the planets in this regime are inner components of multiplanetary systems. This value is 4.2$σ$ higher than for main-sequence hosts, which we find to be $42.4\pm0.1$ %. The properties of the known planets seem to indicate that the closest-in planets (a < 0.06 au) to main-sequence stars are massive (i.e., hot Jupiters) and isolated and that they are subsequently engulfed by their host as it evolves to the red giant branch, leaving only the predominant population of multiplanetary systems in orbits 0.06 < a < 0.5 au. We discuss the implications of this emerging observational trend in the context of formation and evolution of hot Jupiters.

研究の動機と目的

• 進化した巨星および準巨星の周囲を回る近軌道系外惑星の多重性および軌道分布を調査すること。
• 進化した星の周囲で非常に短い周期（<0.06 au）にホットジュピターが存在しないのは、惑星が飲み込まれるためであるかどうかを特定すること。
• 進化した星の周囲の近軌道系外惑星の多重性頻度を、主系列星の周囲のそれと比較し、進化過程を推測すること。
• 主系列後期の星-惑星相互作用に関する理論的モデルに観測的制約を提供すること。

提案手法

• 著者らは、log g < 3.8 で半長径 a < 0.5 au の星を対象として、13個の確認済みまたは検証済み系外惑星のサンプルを収集し、準巨星または赤色巨星分枝の主星として特定した。
• 追加の同伴が存在するかに基づいて、システムを単一惑星系または複数惑星系に分類し、複数惑星系では最も内側の惑星に注目した。
• 多重性割合は、近軌道領域（0.06 < a < 0.5 au）における複数惑星系の数を全システム数で割ったものとして計算され、統計的不確実性はブートストラップ法を用いて伝搬された。
• 結果は、主系列星の周囲で観測された多重性頻度（42.4±0.1%）と比較され、差の有意性は4.2σの有意水準で評価された。
• サンプルの同定および検証には、Keplerなどのミッションおよび地上望遠鏡調査（例：TAPAS, EXPRESS）の径速度および transit データが使用された。
• 観察された傾向を解釈するために、潮汐的飲み込みおよびKozai-Lidov遷移の理論的モデルが参照された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜホットジュピター（a < 0.06 au）は主系列星の周囲では見られるが、巨星および準巨星の周囲では存在しないのか？
• RQ2 進化した星の周囲の近軌道系外惑星（a < 0.5 au）の多重性頻度は、主系列星のホストと比べてどの程度か？
• RQ3 進化した星の周囲で孤立したホットジュピターが観測されないという事実は、星の進化過程における潮汐的飲み込み仮説を支持するものか？
• RQ4 重力的相互作用や平均運動共鳴は、進化した星の周囲で0.06–0.5 auの範囲に存在する複数惑星系の生存を説明できるか？
• RQ5 惑星質量および軌道距離は、準巨星および赤色巨星段階での生存可能性にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 巨星および準巨星の周囲を回る近軌道系外惑星（0.06 < a < 0.5 au）の70.0±6.6%が複数惑星系に属しており、これは主系列星の周囲で観測された42.4±0.1%よりも顕著に高い。
• 多重性頻度の差は4.2σの有意水準で有意であり、主系列後期に惑星系が非ランダムに再編されていることを示唆している。
• 進化した星のサンプルでは、0.06 au未塔の軌道に惑星は検出されなかった。これは、そのような短い軌道にあるホットジュピターが星の進化過程で飲み込まれる可能性が高いことを示唆している。
• 進化した星の周囲に残存する近軌道系外惑星の多くは複数惑星系に属しており、これは孤立したホットジュピターが好んで破壊される可能性があることを示している。
• Kepler-56 のみがほぼ2:1の平均運動共鳴に近く、Kepler-108 と Kepler-432 はそれぞれ4:1および8:1の共鳴に近いが、共鳴状態はまれだが完全に存在しないわけではない。
• これらの結果は、特に2–3個の星半径以内を回る場合、質量の大きな惑星が準巨星および赤色巨星段階でより容易に飲み込まれる理論的モデルを支持している。