[論文レビュー] Detection of a spectroscopic transit by the planet orbiting the star HD209458

D. Queloz, A. Eggenberger+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 30

ひとこと要約

本論文は、エロディー分光計による高精度径速度測定を用いて、最初の分光的トランジット検出を報告する。HD209458bのトランジット中に星線のプロファイルの歪みを分析することで、軌道面と星の赤道面との相対的傾き角α = 3.9°を測定した。真の共面角に対する90%信頼区間上限は30°であり、惑星の軌道と星の自転のほぼ共面的整合性を支持する。

ABSTRACT

We report the first detection of a planetary transit by spectroscopic measurements. We have detected the distortion of the stellar line profiles during a planetary transit. With the ELODIE spectrograph we took a sequence of high precision radial velocities of the star HD209458 at time of a transit of its planet. We detected an anomaly in the residuals of the orbit. The shape and the amplitude of the anomaly are modeled as a change of the mean stellar line profile resulting from the planet crossing the disk of the rotating star. The planetary orbit is in the same direction as the stellar rotation. Using the photometric transit to constrain the timing and the impact parameters of the transit, we measure an angle alpha=3.9d between the orbital plane and the apparent equatorial plane as well as a vsini=3.75(+-)1.25 kms-1. With additional constrains on the inclination of the star and on the statistics of the line of sight distribution, we can set an upper limit of 30d to the angle between the orbital plane and the stellar equatorial plane.

研究の動機と目的

• トランジット中の星線プロファイルの変化を通じて、分光的トランジットの痕跡を検出すること。
• 軌道面と星の見かけ上の赤道面（天球上に投影されたもの）との相対的傾き角αを測定すること。
• 惑星の軌道と星の赤道面が共面的であるかを検証すること（惑星形成理論に関連）。
• 分光的トランジット異常を用いて、HD209458のv sin iを制約し、質量推定値を改善すること。
• 観測された幾何学的配置と径速度残差を用いて、非共面性の統計的尤もらしさを評価すること。

提案手法

• 1.93m望遠鏡に搭載されたエロディーEchelle分光計を用いて、高精度の径速度測定が行われた。
• HD209458bの光度的トランジット中にスペクトルの連続的シーケンスが取得され、星線プロファイルの時間分解能による歪み分析が可能になった。
• 径速度残差をモデル化して、惑星が回転する星の表面を通過する際に生じる異常を検出するため、複数ライン相互相関法が用いられた。
• 星の回転を仮定し、v sin i = 3.75 ± 1.25 km s⁻¹、惑星の衝突径数Δ = 0.569 R_\star として、歪み効果のシミュレーションが行われた。
• 軌道面と見かけ上の赤道面との間の角度αおよび上昇節点Ω_pの最適化が、モデル適合のために実施された。
• さまざまな真の共面角ψに対するαの確率分布を求めるために、ランダムな軌道傾きの統計的解析が用いられ、信頼区間の上限が設定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホット・ジュピターの分光的トランジットは、トランジット中の星線プロファイルの歪みによって検出可能か？
• RQ2 径速度異常から測定された、軌道面と星の見かけ上の赤道面との相対的傾き角αは何か？
• RQ3 惑星の軌道は星の赤道面と共面的か、それともずれの証拠があるか？
• RQ4 分光的トランジットモデルから導かれた値と比較して、星の測定されたv sin iは一致するか？
• RQ5 観測された幾何学的配置を踏まえると、非共面性に対する統計的信頼度はどの程度か？

主な発見

• 分光的トランジットは、軌道解の残差における径速度異常として検出され、惑星が回転する星の表面を通過する形状と整合的であった。
• 最良適合モデルではα = 3.9°およびΩ_p = 0°が得られ、トランジット経路が見かけ上の赤道面に平行であることを示した。
• HD209458のv sin iは3.75 ± 1.25 km s⁻¹と測定され、独立した測定と整合的であった。
• 軌道面と星の赤道面の間の真の角度ψに対する90%信頼区間上限は30°であり、共面的であるという強い支持が得られた。
• 統計的モデリングにより、非共面的系においてα ≈ 0°が偶然観測される確率は低く、整合性が支持された。
• シミュレーションにより、トランジット期間中に4倍のデータが得られれば、αの誤差は十分に小さくなり、1σ信頼区間でψ > 10°を除外できると示唆された。