[論文レビュー] HATS-19b, HATS-20b, HATS-21b: Three Transiting Hot-Saturns Discovered by the HATSouth Survey

W. Bhatti, G. Á. Bakos+25 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、HATSouth調査を用いて、3つの transit を示すホット・サトゥルン系外惑星—HATS-19b、HATS-20b、HATS-21b—の発見を報告している。研究では、顕著に膨張した半径や離心軌道を示す多様な惑星的性質が明らかになり、平衡温度と惑星半径の間には顕著な正の相関が確認された一方で、主星の金属量との間には弱い負の相関が見られた。

ABSTRACT

We report the discovery by the HATSouth exoplanet survey of three hot-Saturn transiting exoplanets: HATS-19b, HATS-20b, and HATS-21b. The planet host HATS-19 is a slightly evolved V = 13.0 G0 star with [Fe/H] = 0.240, a mass of 1.303 Msun, and a radius of 1.75 Rsun. HATS-19b is in an eccentric orbit (e = 0.30) around this star with an orbital period of 4.5697 days and has a mass of 0.427 Mjup and a highly inflated radius of 1.66 Rjup. The planet HATS-20b has a Saturn-like mass and radius of 0.273 Mjup and 0.776 Rjup respectively. It orbits the V = 13.8 G9V star HATS-20 (Ms = 0.910 Msun; Rs = 0.892 Rsun) with a period of 3.7993 days. Finally, HATS-21 is a V = 12.2 G4V star with [Fe/H] = 0.300, a mass of 1.080 Msun, and a radius of 1.021 Rsun. Its accompanying planet HATS-21b has a 3.5544-day orbital period, a mass of 0.332 Mjup, and a moderately inflated radius of 1.123 Rjup. With the addition of these three very different planets to the growing sample of hot-Saturns, we re-examine the relations between the observed giant planet radii, stellar irradiation, and host metallicity. We find a significant positive correlation between planet equilibrium temperature and radius, and a weak negative correlation between host metallicity and radius. To assess the relative influence of various physical parameters on observed planet radii, we train and fit models using Random Forest regression. We find that for hot-Saturns (0.1 < Mp < 0.5 Mjup), the planetary mass and equilibrium temperature play dominant roles in determining radii. For hot-Jupiters (0.5 < Mp < 2.0 Mjup), the most important parameter is equilibrium temperature alone. Finally, for irradiated higher-mass planets (Mp > 2.0 Mjup), we find that equilibrium temperature dominates in influence, with smaller contributions from planet mass and host metallicity.

研究の動機と目的

• HATSouth調査を用いて、ホット・サトゥルン領域の質量および半径に位置するトランジット系外惑星を同定および特徴付けること。
• ホット・サトゥルンにおける惑星半径、星の放射照射量、および主星の金属量の関係を調査すること。
• 光度測定およびスペクトロスコピー解析を通じて、主星およびその惑星同伴の物理的パラメータを特定すること。
• 星の金属量および放射照射が惑星半径の膨張を引き起こす役割を評価すること。
• 惑星進化モデルの検証に向け、増加するホット・サトゥルンのサンプルに新たなデータポイントを提供すること。

提案手法

• HATSouth調査の広視野光度測定を用いて、対象星の光曲線におけるトランジットイベントを検出する。
• FEROS、HARPS、PFSスペクトログラフを用いた高精度のドップラー速度測定により、惑星質量を確認する。
• スペクトルエネルギー分布のフィッティングおよび高分解能スペクトロスコピーを用いて、主星パラメータを特定する。
• トランジットモデリングを適用し、光度測定光曲線から惑星半径および公軌道周期を導出する。
• ロシター＝マクラウリン効果を用いて軌道の整列状態を評価し、トランジットに起因する汚染データポイントを除外する。
• 機械学習（ランダムフォレストモデル）および経験的関係式（E12）を用いて、質量、放射照射、金属量に基づく惑星半径を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新たに発見されたホット・サトゥルン、HATS-19b、HATS-20b、HATS-21b の物理的および軌道的パラメータは何か？
• RQ2 これらの惑星の平衡温度および主星の金属量は、観測された半径とどのように相関しているか？
• RQ3 これらのホット・サトゥルンの観測半径は、放射照射および質量に基づく理論的予測からどの程度逸脱しているか？
• RQ4 星の金属量および放射照射レベルの文脈において、惑星の膨張が果たす意義は何か？
• RQ5 HATSouthが発見した惑星は、他の既知のホット・サトゥルンと比較して、半径の膨張および軌道離心率の点でどのように異なるか？

主な発見

• HATS-19b は、非常に膨張したホット・サトゥルンであり、半径は 1.66+0.27/-0.21 R_J であり、[Fe/H] = 0.240 ± 0.050 の金属豊富な G0型星を公転している。
• HATS-19b は離心軌道 (e = 0.30 ± 0.10) を取り、公軌道周期が 4.5697 日と短いため、強い潮汐相互作用が生じていると示唆される。
• HATS-20b は、サトゥルンに似た質量 (0.273 ± 0.035 M_J) と半径 (0.776 ± 0.055 R_J) を示し、質量が小さい G9V 型星を 3.7993 日周期で公転している。
• HATS-21b は中程度に膨張した惑星であり、半径は 1.123+0.147/-0.054 R_J であり、明るい G4V 型星を [Fe/H] = 0.300 ± 0.040 で公転し、公軌道周期は 3.5544 日である。
• 本研究では、ホット・サトゥルンのサンプル全体において、平衡温度と惑星半径の間の顕著な正の相関が確認された。
• 主星の金属量と惑星半径との間には弱い負の相関が見られ、金属量が放射照射に比べて半径の膨張に二次的な役割を果たす可能性があると示唆された。