[論文レビュー] HATS-71b: A giant planet transiting an M3 dwarf star in TESS Sector 1

G. Á. Bakos, Daniel Bayliss+42 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、3.7955日周期で公転するM3型矮星を周回する、0.45±0.24 M_Jの一次転食を示すガス惑星HATS-71bの発見と特徴の特定を報告している。この惑星は4.7%の深さの転食を示し、これまでに知られている中で最も低温なM矮星を宿主とするホット・ジュピターであり、地上望遠鏡による光度測定、スペクトロスコピー、画像撮影、およびTESSの宇宙望遠鏡光度測定を用いてそのパラメータが確認された。Gaia DR2は星の物理的性質を支持し、解明できない二重星同伴の可能性を示唆している。

ABSTRACT

We report the discovery of HATS-71b, a transiting gas giant planet on a P = 3.7955 day orbit around a G = 15.35 mag M3 dwarf star. HATS-71 is the coolest M dwarf star known to host a hot Jupiter. The loss of light during transits is 4.7%, more than any other confirmed transiting planet system. The planet was identified as a candidate by the ground-based HATSouth transit survey. It was confirmed using ground-based photometry, spectroscopy, and imaging, as well as space-based photometry from the NASA TESS mission (TIC 234523599). Combining all of these data, and utilizing Gaia DR2, we find that the planet has a radius of $1.080 \pm 0.016 R_J$ and mass of $0.45 \pm 0.24 M_J$ (95% confidence upper limit of $0.81 M_J$ ), while the star has a mass of $0.569 \pm^{0.042}_{0.069}\,M_\odot$ and a radius of $0.5161\pm^{0.0053}_{0.0099}\,R_\odot$. The Gaia DR2 data show that HATS-71 lies near the binary main sequence in the Hertzsprung-Russell diagram, suggesting that there may be an unresolved stellar binary companion. All of the available data is well fitted by a model in which there is a secondary star of mass $0.24 M_\odot$, although we caution that at present there is no direct spectroscopic or imaging evidence for such a companion. Even if there does exist such a stellar companion, the radius and mass of the planet would be only marginally different from the values we have calculated under the assumption that the star is single.

研究の動機と目的

• 多波長の光度測定およびスペクトロスコピックデータを用いて、冷却されたM矮星の周りに転食する系外惑星を特定・確認すること。
• HATS-71bおよびその宿主星の物理的性質（質量、半径、軌道パラメータなど）を特徴づけること。
• Gaia DR2のアストロメトリーおよび光度モデル化を用いて、宿主星に二重星同伴が存在する可能性を調査すること。
• 高い転食深さを考慮すると、大気の特徴づけがトランスミッションスペクトロスコピーで可能であるかを評価すること。
• 地上の転食調査（HATSouth）とTESSの相乗効果が、高精度な宇宙望遠鏡光曲線を用いた惑星候補の確認にどの程度有効であるかを示すこと。

提案手法

• 惑星は、1メートルクラスの望遠鏡を用いた地上光度測定により、HATSouth調査によって転食候補として最初に検出された。
• 信号の惑星的性質の確認および誤検出の除外のため、フォローアップの光度測定、高分解能スペクトロスコピー、画像撮影が行われた。
• ナサのTESSミッションが2分間隔の宇宙望遠鏡光度測定（TIC 234523599）を提供し、二次食の制約の精度が向上した。
• 星のパラメータは、Gaia DR2のパラレラックス、光度測定、スペクトルエネルギー分布のフィッティングを用いて導出され、進化モデルからの追加制約も得られた。
• 惑星の質量は径速度測定により決定され、95%信頼区間の上限は0.81 M_Jであった。
• 類似惑星（F、G、K型星の周囲に存在するもの）に基づく予想されるトランスミッションスペクトロスコピー信号深さ（300–700 ppm）を用いて、大気の特徴づけの可能性が推定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HATS-71bはM3型矮星の周りを公転する転食惑星であるが、その物理的および軌道的パラメータは何か？
• RQ2 4.7%という高い転食深さは、低質量星の周りを回るガス惑星と整合的であり、惑星系の構造にどのような示唆をもたらすか？
• RQ3 Gaia DR2のデータは、宿主星に解明できない二重星同伴が存在する可能性を示唆しているか？
• RQ4 HATS-71bの大気の特徴づけはトランスミッションスペクトロスコピーでどの程度可能であり、他の既知の系外惑星と比較して信号強度はどの程度か？
• RQ5 地上の転食調査とTESSの相乗効果は、高精度な宇宙望遠鏡光曲線を用いた惑星候補の確認にどの程度効果的か？

主な発見

• HATS-71bは質量0.45±0.24 M_J、半径1.080±0.016 R_J、公転周期3.7955日というガス惑星である。
• 宿主星はM3型矮星で、質量0.569+0.042−0.069 M_☉、半径0.5161+0.0053−0.0099 R_☉であり、ホット・ジュピターを有する最も低温なM矮星として知られている。
• 転食深さは4.7%であり、確認済みのすべての転食系外惑星系の中で最大であり、惑星と星の半径比が大きいことを示している。
• Gaia DR2のデータは、星が二重星主系列に近い位置にあることを示唆しており、0.24 M_☉の補助星を伴うモデルがデータに適合するが、まだ直接のスペクトロスコピックまたは画像的証拠はない。
• 惑星のトランスミッションスペクトロスコピー信号は300–700 ppmと推定され、現在および将来の望遠鏡を用いた大気の特徴づけが可能である可能性を示している。
• TESSの光曲線は、惑星の半径やエフェメリスの精度を著しく向上させたが、二次食の高信頼性な除外を可能にした。これにより、転食モデルの妥当性が裏付けられた。