[論文レビュー] Search for planets in hot Jupiter systems with multi-sector TESS photometry. I. No companions in planetary systems KELT-18, KELT-23, KELT-24, Qatar-8, WASP-62, WASP-100, WASP-119, and WASP-126

G. Maciejewski|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、8つのホットジュピター系（KELT-18、KELT-23、KELT-24、Qatar-8、WASP-62、WASP-100、WASP-119、WASP-126）において、トランジット検出およびトランジット時系列変動（TTV）解析を用いて、複数の惑星の探索を、多セクタTess光度計測を用いて行った。KELT-23およびWASP-62では、地球サイズのトランジットを示す同伴は検出されず、他の系ではミニネプチューンサイズまで検出限界を下げたが、TTV信号は検出されなかった。この結果は、ホットジュピターの高離心率移行モデルを支持するものである。

ABSTRACT

Origins of giant planets on tight orbits, so called hot Jupiters, are a long-lasting question in the planetary formation and evolution theory. The answer seems to be hidden in architectures of those systems that remain only partially understood. Using multi-sector time-series photometry from the Transiting Exoplanet Survey Satellite, we searched for additional planets in the KELT-18, KELT-23, KELT-24, Qatar-8, WASP-62, WASP-100, WASP-119, and WASP-126 planetary systems using both the transit technique and transit timing method. Our homogenous analysis has eliminated the presence of transiting companions down to the terrestrial-size regime in the KELT-23 and WASP-62 systems, and down to mini-Neptunes or Neptunes in the remaining ones. Transit timing analysis has revealed no sign of either long-term trends or periodic perturbations for all the studied hot Jupiters, including the WASP-126 b for which deviations from a Keplerian model were claimed in the literature. The loneliness of the planets of the sample speaks in favour of the high-eccentricity migration mechanism that probably brought them to their tight orbits observed nowadays. As a byproduct of our study, the transit light curve parameters were redetermined with a substantial improvement of the precision for 6 systems. For KELT-24 b, a joint analysis allowed us to place a tighter constraint on its orbital eccentricity.

研究の動機と目的

• 高精度なTess光度計測を用いて、ホットジュピター系に追加の惑星が存在するかを調査すること。
• 特に低質量の惑星がホットジュピターを公転する系に存在するかを検証すること。
• 改善された光曲線モデリングにより、過去の研究で報告されたトランジットパラメータの不一致を解消すること。
• トランジット時系列変動（TTV）が、見えない同伴による重力的摂動を示唆するかを評価すること。
• 高離心率移行が、ホットジュピターの軌道構造をどのように形成しているかを評価すること。

提案手法

• 最大13セクタにわたるTess光曲線を用いた分析により、長基準光度計測を実現した。
• トランジット法を用いて、地球サイズの物体まで検出可能な追加のトランジット惑星を探索した。
• 非トランジット同伴による重力的摂動を検出するため、トランジット時系列変動（TTV）解析を適用した。
• MCMCを用いた光曲線の共同モデリングにより、軌道傾きやa/R*、惑星半径などのトランジットパラメータを、より高い精度で精緻化した。
• 再決定されたパラメータを先行文献の値と比較し、一貫性を評価し、顕著な不一致を同定した。
• AoV周期ogramとTTVモデリングを用いて、トランジット時刻における周期的または長期的傾向を検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KELT-18、KELT-23、KELT-24、Qatar-8、WASP-62、WASP-100、WASP-119、WASP-126系に、追加のトランジット惑星は存在するか？
• RQ2 トランジット時系列変動（TTV）は、これらのホットジュピター系に非トランジット同伴が存在することを示唆するか？
• RQ3 Tessデータから再決定されたトランジットパラメータは、これらの系で以前に報告された値とどのように比較されるか？
• RQ4 KELT-24 bおよびWASP-62 bの軌道離心率は、継続的な高離心率移行と整合的か？
• RQ5 WASP-126 bにTTVが認められないことは、その孤立性を裏付けるものであり、以前の周期的ずれの主張を矛盾させるか？

主な発見

• KELT-23およびWASP-62系では、地球サイズのトランジットを示す同伴は検出されず、残りの6系統ではミニネプチューンまたはネプチューンサイズまで検出限界を下げた。
• トランジット時系列解析では、8系統すべてで周期的または長期的傾向は検出されず、WASP-126 bについても、以前のTTVの主張を矛盾させる結果となった。
• KELT-18 bの軌道傾きは82.90° ± 0.62°と決定され、以前に報告された88.9° ± 1.2°より4.4σ低い値であった。a/R*は4.36 ± 0.11と算出され、以前の5.138 ± 0.078より5.8σ低い値であった。
• KELT-24 bの傾きは85.08° ± 0.20°と決定され、Rodriguezら（2019）の値より5.3σ低く、Hjorthら（2019）の値より3.1σ低かった。a/R*は7.89 ± 0.14と算出され、Rodriguezら（2019）の値より9.0σ低かった。
• 共同解析により、KELT-24 bの軌道離心率がより厳密に制約され、非ケプラーモデルの動的挙動が支持された。
• KELT-24 bおよびWASP-62 bの系統年齢推定値は、非ゼロの離心率が高離心率移行の残滓であることに整合的であり、円形化 timescale が系統年齢と同等またはそれ以下であることが示された。