[論文レビュー] Radial-velocity discovery of a second planet in the TOI-1338/BEBOP-1 circumbinary system

Matthew R. Standing, S. Lalitha+25 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2023

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、TOI-1338/BEBOP-1cと呼ばれる、215.5日間の公軌道周期をもつ65.2地球質量のガス惑星であり、複数惑星系であるTOI-1338系に属する環連星惑星の初回の径速度検出を報告している。この発見により、系は現在までに二つ目の既知の複数惑星環連星系であると確認され、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による内側の Transit する惑星 TOI-1338b の大気観測が可能となり、伝達スペクトロスコピー指標（TSM）が39に達する。質量がより低い場合、さらなる感度向上の可能性も示唆される。

ABSTRACT

We report the detection of a gas-giant planet in orbit around both stars of an eclipsing binary star system that also contains the smaller, inner transiting planet TOI-1338b. The new planet, called TOI-1338/BEBOP-1c, was discovered using radial-velocity data collected with the HARPS and ESPRESSO spectrographs. Our analysis reveals it is a $65.2~ m{M_{\oplus}}$ circumbinary planet with a period of $215.5~$days. This is the first detection of a circumbinary planet using radial-velocity observations alone, and makes TOI-1338/BEBOP-1 only the second confirmed multiplanet circumbinary system to date. We do not detect the smaller inner transiting planet with radial-velocity data, and can place an upper limit on the inner planet's mass at $21.8~\mathrm{M}_\oplus$ with $99\%$ confidence. The inner planet is the first circumbinary planet amenable for atmospheric characterisation, using the James Webb Space Telescope.

研究の動機と目的

• 径速度データを用いて、TOI-1338/BEBOP-1環連星系に第二の惑星を検出・特徴づけること。
• 高精度径速度測定を用いて、新たに発見された環連星惑星 TOI-1338/BEBOP-1c の質量および公軌道パラメータを特定すること。
• 径速度非検出を根拠に、内側のトランジット惑星 TOI-1338b の質量上限を設定すること。
• ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による TOI-1338b の大気特徴付けの可能性を評価すること。
• 観測された公軌道パラメータを用いて、環連星円盤内における惑星形成および移動の理論的モデルを検証すること。

提案手法

• 惑星の公軌道によって引き起こされるドップラーシフトを検出するために、アレル・スケール・ビジョン・テレスコープ（Very Large Telescope）に搭載されたHARPSおよびESPRESSO分光計を用いて径速度測定を実施した。
• 径速度データを分析し、外側の惑星 TOI-1338/BEBOP-1c が連星星に及ぼす重力的影響をモデル化した。
• ベイズ的モデリング手法を用いて、外側の惑星の公軌道パラメータおよび質量を導出し、質量65.2 M⊕、公軌道周期215.5日という結果を得た。
• 径速度非検出を根拠に、内側の惑星 TOI-1338b の質量を制限し、99%信頼区間の上限として21.8 M⊕を算出した。
• 惑星の半径、平衡温度、および母星のJバンド等級を用いて、JWST観測の可能性を評価するための伝達スペクトロスコピー指標（TSM）を計算した。
• ペブル吸着を用いた惑星形成のシミュレーションを実施し、系の動的進化をモデル化し、観測された公軌道周期と整合するかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トランジット法で既に内側の惑星が同定されているTOI-1338環連星系において、径速度技術が第二の惑星を検出可能か？
• RQ2 新たに発見された外側の環連星惑星 TOI-1338/BEBOP-1c の質量および公軌道周期は何か？
• RQ3 径速度非検出を根拠に、内側のトランジット惑星 TOI-1338b の質量にどの程度の上限を設定できるか？
• RQ4 TOI-1338/BEBOP-1b はジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による大気特徴付けの適切な標的か？
• RQ5 観測された系の公軌道パラメータは、環連星円盤内における惑星形成および移動の理論的モデルと一致するか？

主な発見

• 外側の惑星 TOI-1338/BEBOP-1c は、質量65.2 M⊕、公軌道周期215.5日という結果を得た径速度測定により検出された。
• これは、径速度データのみを用いた環連星惑星の初回の確認検出であり、このような検出手法の新規確立を示している。
• 内側の惑星 TOI-1338b は、径速度非検出を根拠に99%信頼区間の上限として21.8 M⊕の質量上限が設定された。
• 系は、内側の惑星が95日、外側の惑星が215.5日という公軌道周期をもつ、二つ目の既知の複数惑星環連星系として確認された。
• TOI-1338/BEBOP-1b は伝達スペクトロスコピー指標（TSM）が39であり、JWSTによる大気特徴付けの可能性が非常に高い。特に質量が上限より低い場合、感度がさらに向上する可能性がある。
• シミュレーションの結果、外側の惑星が安定性限界の内側に位置しているという系の構成は、2:1共鳴に到達する前に円盤駆動移動が停止することで説明可能であることが示された。