[論文レビュー] Six newly-discovered hot Jupiters transiting F/G stars: WASP-87b, WASP-108b, WASP-109b, WASP-110b, WASP-111b & WASP-112b ⋆

D. R. Anderson, D. J. A. Brown+21 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

本論文では、WASP-South調査および追跡の光度およびスペクトロスコピック観測を用いて、6つの新しいトランジットを示す熱木星（WASP-87b、WASP-108b、WASP-109b、WASP-110b、WASP-111b、WASP-112b）の発見を報告する。主な発見には、中F型の恒星の周りでほぼ整列した軌道を回る惑星（WASP-111b）の検出、WASP-111における星の活動性変動の証拠、および標準的星の進化モデルに挑戦する低金属量・低密度の惑星WASP-112bの同定が含まれる。

ABSTRACT

We present the discoveries of six transiting hot Jupiters: WASP-87b, WASP-108b, WASP-109b, WASP-110b, WASP-111b and WASP-112b. The planets have masses of 0.51--2.2 $M_{ m Jup}$ and radii of 1.19--1.44 $R_{ m Jup}$ and are in orbits of 1.68--3.78 d around stars with masses 0.81--1.50 $M_{ m \odot}$. WASP-111b is in a prograde, near-aligned ($\lambda = -5 \pm 16^\circ$), near-circular ($e < 0.10$ at 2 $\sigma$) orbit around a mid-F star. As tidal alignment around such a hot star is thought to be inefficient, this suggests that either the planet migrated inwards through the protoplanetary disc or that scattering processes happened to leave it in a near-aligned orbit. WASP-111 appears to have transitioned from an active to a quiescent state between the 2012 and 2013 seasons, which makes the system a candidate for studying the effects of variable activity on a hot-Jupiter atmosphere. We find evidence that the mid-F star WASP-87 is a visual binary with a mid-G star. Two host stars are metal poor: WASP-112 has [Fe/H] = $-0.64 \pm 0.15$ and WASP-87 has [Fe/H] = $-0.41 \pm 0.10$. The low density of WASP-112 (0.81 $M_{ m \odot}$, $0.80 \pm 0.04$ $ ho_{ m \odot}$) cannot be matched by standard models for any reasonable value of the age of the star, suggesting it to be affected by the "radius anomaly".

研究の動機と目的

• 明るいF/G型の恒星の周りにトランジットを示す系外惑星を特定・特徴づけること。
• 巨星の形成および進化における星の金属量および活動性の役割を調査すること。
• 軌道の整列状態および離心率の測定を通じて、惑星の移動メカニズムを解明すること。
• WASP-112のような低密度・低金属量の主星を用いて、標準的星の進化モデルの限界を検証すること。

提案手法

• 明るい星（V = 9–13）の光度曲線におけるトランジットに類似した減光を検出するためにWASP-Southの光度調査を用いた。
• La Silla観測所に設置されたTRAPPIST、EulerCam、1.54-m Danish望遠鏡を用いて追跡光度観測を実施した。
• CORALIEスペクトログラフを用いた径速度測定により、惑星の同伴を確認した。
• トランジット中における高時間分解能スペクトロスコピーを用いて、ロシター＝マクラウリン効果を測定し、軌道の整列状態を特定した。
• MCMCモデリングを用いて星のパラメータおよび大気の性質を推定し、効用温度の校正に赤外線フラックス法（IRFM）を適用した。
• bisector span、FWHM、RV残差といった星の活動性指標を分析し、惑星特徴づけへの影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WASP-111bの軌道整列状態および離心率は何か？ これはその移動歴に何を示唆するか？
• RQ2 WASP-111における星の活動性変動は、径速度測定および大気特徴づけにどのように影響するか？
• RQ3 なぜWASP-112は標準的モデルと整合しない低星密度を示すのか？ その背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ4 WASP-87およびWASP-112の低金属量は、巨星形成のコア降着モデルにどのように挑戦するか？
• RQ5 ロシター＝マクラウリン効果は、WASP-112bが非整列または極軌道をとっていることを確認できるか？

主な発見

• WASP-111bは、中F型の恒星の周りを前向きでほぼ整列した軌道（λ = −5 ± 16°）で回り、離心率が2σで0.10未満である。これは、ディスク駆動または散乱による移動を示唆する。
• WASP-111は2012年から2013年にかけて、活動的状態から静穏状態に移行した。ピーク対ピークの径速度変動は297 m s⁻¹から60 m s⁻¹に低下し、星の活動性の変動を示している。
• WASP-112bは金属量が低い星（[Fe/H] = −0.64 ± 0.15）の周りを回っており、当時知られていた中で最も金属量が低い恒星の周りを回る木星型惑星である。
• WASP-112の低密度（0.80 ± 0.04 ρ⊙）は、いかなる妥当な年齢に対しても標準的星の進化モデルと整合しない。これは、非標準的対流または磁気活動による半径異常の可能性を示唆する。
• WASP-87は視覚二重星系であり、中G型の星が同伴している。その主星の[Fe/H] = −0.41 ± 0.10であり、金属量が低い組成であることが示された。
• MCMCモデリングの結果、WASP-112のパラメータを再現するには、[Fe/H]を+0.2に再評価するか、星のモデルにおける混合長パラメータ（αMLT）を著しく低減する必要がある。これは、低投影回転速度にもかかわらず磁気活動の影響を示唆している。