[論文レビュー] Observation of the full 12-hour-long transit of the exoplanet HD80606b. Warm-Spitzer photometry and SOPHIE spectroscopy

G. Hébrard, J. -M. Désert+25 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 85被引用数 81

ひとこと要約

本研究では、高い公軌道離心率（e = 0.9）に起因する非常に長い12時間の食を、同時に実施された温暖スパitzer赤外光度測定と地上のSOPHIE径速度分光測定を用いて、最初の完全な観測を実施した。データは、惑星と星の半径比を 0.1001 ± 0.0006 に精緻化し、顕著なスピン-軌道ミスアライメント（λ = 42° ± 8°）を確認し、トランジット時刻の変動や星 spots 構造の兆候を示し、質量の大きな惑星が木星質量の惑星とは異なる進化経路をたどる可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present new observations of a transit of the 111-day-period exoplanet HD80606b. Using the Spitzer Space Telescope and its IRAC camera on the post-cryogenic mission, we performed a 19-hour-long photometric observation of HD80606 that covers the full transit of 13-14 January 2010. We complement this photometric data by new spectroscopic observations that we simultaneously performed with SOPHIE at Haute-Provence Observatory. This provides radial velocity measurements of the first half of the transit that was previously uncovered with spectroscopy. This new data set allows the parameters of this singular planetary system to be significantly refined. We obtained a planet-to-star radius ratio R_p/R_* = 0.1001 +/- 0.0006 that is slightly lower than the one measured from previous ground observations. We detected a feature in the Spitzer light curve that could be due to a stellar spot. We also found a transit timing about 20 minutes earlier than the ephemeris prediction; this could be caused by actual TTVs due to an additional body in the system or by underestimated systematic uncertainties. The sky-projected angle between the spin-axis of HD80606 and the normal to the planetary orbital plane is found to be lambda = 42 +/- 8 degrees thanks to the fit of the Rossiter-McLaughlin anomaly. This allows scenarios with aligned spin-orbit to be definitively rejected. Over the twenty planetary systems with measured spin-orbit angles, a few of them are misaligned; this is probably the signature of two different evolution scenarios for misaligned and aligned systems, depending if they experienced or not gravitational interaction with a third body. As in the case of HD80606b, most of the planetary systems including a massive planet are tilted; this could be the signature of a separate evolution scenario for massive planets in comparison with Jupiter-mass planets.

研究の動機と目的

• HD 80606b の12時間にわたる完全な食を観測すること。これは、その高い公軌道離心率（e = 0.9）に起因する。
• 宇宙船ベースの高精度光度測定と地上ベースのドップラー速度測定を同時に実施することで、惑星および星のパラメータの精度を向上させること。
• この系のスピン-軌道アライメントを調査し、観測されたミスアライメントが動的移行シナリオと整合するかどうかを評価すること。
• 追加の天体や星の活動を示唆する兆候として、トランジット時刻の変動や星 spots などの異常を探索すること。

提案手法

• 2010年1月13日〜14日にかけて、19時間にわたる温暖スパitzer IRAC 光度測定を実施し、HD 80606b の完全な12時間の食をカバーした。
• 食の最初の半分の間に、オート・プロヴァンス天文台に設置されたSOPHIE分光計を用いて、同時に径速度測定を実施した。
• 光度測定と分光測定の併用モデリングを適用し、惑星と星のパラメータ（特に惑星と星の半径比および軌道傾き）を精緻化した。
• ロシター＝マクラウリン効果のフィットを用いて、スカイプロジェクテッドスピン-軌道角 λ を測定した。
• 系統的誤差モデリングを用いて、トランジット時刻や光曲線形状への潜在的なバイアスの影響を評価した。
• 赤外線と可視光の半径測定を比較し、系統的誤差または天体物理学的効果に起因する可能性のある差異を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 80606b の真の惑星と星の半径比 R_p/R_* は何か？ また、赤外線観測と可視光観測の間でどのように異なるか？
• RQ2 観測されたトランジット時刻は、予報のエフェメリスと整合するか？ それとも、第三の天体が存在する可能性を示唆するトランジット時刻の変動の兆候があるか？
• RQ3 真のスピン-軌道角 λ は何か？ そして、質量の大きな惑星のスピン-軌道が整列しているという仮説を支持するか、否定するか？
• RQ4 トランジット光曲線に星 spots のような検出可能な星の特徴が影響を与えているか？
• RQ5 可視光と赤外線の半径に観測された差異は、系統的誤差に起因するのか、それとも物理的効果に起因するのか？

主な発見

• 惑星と星の半径比は R_p/R_* = 0.1001 ± 0.0006 に精緻化され、以前の可視光測定と比較してより正確ではあるがわずかに低めであった。
• 可視光と赤外線の半径の差異を説明する天体物理学的要因は発見されなかった。地上観測データの系統的不確実性が最も可能性の高い原因であると考えられた。
• Spitzer の光曲線に星 spots の兆候が検出された。これは、通常は活動が静穏な星に表面不均一性が存在することを示唆している。
• 観測されたトランジットは、エフェメリスの予測より約20分早く発生しており、追加の摂動体が存在する可能性を示唆するトランジット時刻の変動の兆候が示された。
• スピン-軌道角は λ = 42° ± 8° と測定され、顕著なミスアライメントが確認され、スピン-軌道が整列している状態は排除された。
• 結果は、HD 80606b のような質量の大きな惑星が、木星質量の惑星とは異なった動的進化をたどっている可能性を支持しており、強い重力的相互作用が関与している可能性がある。