[論文レビュー] K2-99 revisited: a non-inflated warm Jupiter, and a temperate giant planet on a 522-d orbit around a subgiant

A. M. S. Smith, Sylvain Breton+30 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 109被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、新しいK2キャンペーン17の光度計測およびHARPS、HARPS-N、HIRESからの60個の径速度測定値を用いて、K2-99系を再分析した。星の性質は星震動学的手法により精緻化され、K2-99 bは膨張していない温められた木星（Rb = 1.06 ± 0.01 RJup）として確認された。K2-99 cは質量が大きく、離心率の高い巨大惑星（Mc sin i = 8.4 ± 0.2 MJup、ec = 0.210 ± 0.009、P = 522.2 ± 1.4 d）であり、相互軌道傾きが小さい場合、2022年のTESS観測で軌道通過の検出が強く期待される。

ABSTRACT

We report new photometric and spectroscopic observations of the K2-99 planetary system. Asteroseismic analysis of the short-cadence light curve from K2's Campaign 17 allows us to refine the stellar properties. We find K2-99 to be significantly smaller than previously thought, with $R_{\star} = 2.55\pm0.02$ $\mathrm{R_\odot}$. The new light curve also contains four transits of K2-99b, which we use to improve our knowledge of the planetary properties. We find the planet to be a non-inflated warm Jupiter, with $R_\mathrm{b} = 1.06 \pm 0.01$ $\mathrm{R_{Jup}}$. Sixty new radial velocity measurements from HARPS, HARPS-N, and HIRES enable the determination of the orbital parameters of K2-99c, which were previously poorly constrained. We find that this outer planet has a minimum mass $M_\mathrm{c} \sin i_\mathrm{c} = 8.4\pm0.2$ $\mathrm{M_{Jup}}$, and an eccentric orbit ($e_\mathrm{c} = 0.210 \pm 0.009$) with a period of $522.2\pm1.4$ d. Upcoming TESS observations in 2022 have a good chance of detecting the transit of this planet, if the mutual inclination between the two planetary orbits is small.

研究の動機と目的

• 更新された光度計測およびスペクトロスコピックデータを用いて、K2-99系の星および惑星のパラメータを精緻化すること。
• 以前に正確に制約が得られていなかった外側の惑星K2-99 cの軌道的・物理的性質を特定すること。
• 近い将来のTESS観測でK2-99 cの軌道通過を検出できる可能性を評価すること。
• K2-99 bの軌道移動歴においてK2-99 cの果たす動力学的役割を検討すること。
• 径速度、光度計測、星震動学を統合して、システムの完全な三次元的構造を提示すること。

提案手法

• 短周期のK2キャンペーン17光度計測データを用いて星震動学的解析を実施し、星の正確なパラメータ（半径 R★ = 2.55 ± 0.02 R⊙）を決定した。
• K2キャンペーン17の新しい軌道通過光度計測と径速度データを統合し、軌道通過を示す惑星K2-99 bを同時にモデル化した。
• HARPS、HARPS-N、HIRESから得た60件の新しい径速度測定値を取得・解析し、K2-99 cの軌道を制約した。
• 軌道通過光曲線と径速度曲線を同時にフィットする共同モデリング手法を用い、質量および軌道パラメータの推定値を向上させた。
• 既知の系外惑星系全体における近日点の整列（Δωsky）の統計的分析を実施し、K2-99の構造的特徴を文脈づけた。
• K2-99 cの軌道通過確率を、軌道傾きとK2-99 bとの相互軌道傾きに基づいて評価し、TESS観測の可能性を予測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星震動学およびガイア視差を用いて、K2-99の更新された物理的・軌道的パラメータは何か？
• RQ2 外側の惑星K2-99 cの真の質量と軌道離心率は何か？かつ、以前の推定値と比較するとどうなるか？
• RQ3 K2-99 cは軌道通過を示す可能性があるか？2022年のTESS観測でその通過を検出できる確率はどの程度か？
• RQ4 K2-99 bの軌道移動歴において、K2-99 cはどのような動力学的意義を有するか？
• RQ5 K2-99の近日点整列は、他の既知の温められた木星系と比較してどうなるか？

主な発見

• K2-99は、K2キャンペーン17の光曲線を用いた星震動学的解析により、以前に予想されたよりもはるかに小さいと判明した。星の半径はR★ = 2.55 ± 0.02 R⊙と精緻化された。
• K2-99 bは、膨張していない温められた木星として確認された。半径は1.06 ± 0.01 RJupであり、著しい膨張を経験していないことを示している。
• 外側の惑星K2-99 cは、最小質量が8.4 ± 0.2 MJup、離心率e = 0.210 ± 0.009、周期が522.2 ± 1.4日である。
• このシステムは顕著な近日点整列バイアスを示しており、|Δωsky| < 90°が|Δωsky| > 90°よりも5%の有意水準で支持されるが、不確実な測定値を除くとその有意性は弱まる。
• 2022年4月のTESS観測では、2つの惑星の軌道が互いに小さい相互軌道傾きを示す場合、K2-99 cの軌道通過検出の可能性が非常に高い。
• 星の自転軌道整合性と相互軌道傾きを含む、システムの完全な三次元的構造はまだ解明されていないが、将来的なアストロメトリックおよび軌道通過追従観測の主要なターゲットである。