[論文レビュー] TESS exoplanet candidates validated with HARPS archival data. A massive Neptune around GJ143 and two Neptunes around HD23472

Trifon Trifonov, J. Rybizki+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、アーカイブ済みのHARPS径運動速度データを用いて、2つのTESS系外惑星候補を検証した。GJ 143には、K型矮星の周りを35.59日周期で公転する、質量30.6地球質量の巨大で離心率の高い海王星質量惑星が存在し、HD 23472には、近似5:3平均運動共鳴にある2つの海王星質量惑星からなる系が存在する。GJ 143では単一の転食が検出されたが、HD 23472では観測データが稀であるが、両系において惑星の性質が確認された。

ABSTRACT

We aim at the discovery of new planetary systems by exploiting the transit light curve results from TESS orbital observatory's Sector 1 and 2 observations and validating them with precise Doppler measurements obtained from archival HARPS data. Taking advantage of the reported TESS transit events around GJ143 (TOI 186) and HD23472 (TOI 174) we model their HARPS precise Doppler measurements and derive orbital parameters for these two systems. For the GJ143 system TESS has reported only a single transit, and thus its period is unconstrained from photometry. Our RV analysis of GJ143 reveal the full Keplerian solution of the system, which is consistent with an eccentric planet with a mass almost twice that of Neptune and a period of $P_{ m b}$ = $35.59_{-0.01}^{+0.01}$ days. Our estimates of the GJ143 b planet are fully consistent with the transit timing from TESS. We confirm the two-planet system around HD23472, which according to our analysis is composed of two Neptune mass planets in a possible 5:3 MMR.

研究の動機と目的

• TESS系外惑星候補を、事前に取得済みのHARPSアーカイブ径運動速度データを用いて検証すること。
• GJ 143のように転食が1回しか検出されないような、光度測定のカバーが限られた系において、惑星の軌道パラメータおよび質量を特定すること。
• HD 23472系の力学的構造を調査し、特に2つの海王星質量惑星間の平均運動共鳴の可能性を検討すること。
• 広域光度測定スクリーニング時代において、アーカイブドップラー速度データの価値を示すこと。
• TESS光度測定のみでは周期や質量を制約できないような系において、高精度な軌道解を提供すること。

提案手法

• SERVALパイプラインを用いてHARPS時系列データを再処理し、径運動速度の精度を向上させるとともに、系のずれを低減した。
• ケプラー軌道フィットを用いて径運動速度データをモデル化し、GJ 143の前後ファイバー更新間の相互径運動オフセットを含めた。
• ベイズモデリングを用いて軌道パラメータと不確実性を導出し、GJ 143ではTESSの転食時系列制約を組み込んだ。
• N体シミュレーション（SyMBA）を用いて動的安定性分析を行い、HD 23472系における長期的安定性および共鳴の可能性を評価した。
• 星の活動指標（Hα、ライン幅、色度）を評価し、星の活動による偽陽性を除外した。
• HD 23472の円軌道と楕円軌道のモデルを比較し、データの乏しさを考慮して円軌道モデルを支持したが、周期比から共鳴の兆候が示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GJ 143のように単一の転食しか検出されない場合、アーカイブHARPS径運動速度データはTESS系外惑星候補を検証できるか？
• RQ2 TESSが1回の転食しか検出しなかったにもかかわらず、GJ 143の惑星の真の公転周期と質量は何か？
• RQ3 HD 23472の2惑星系は5:3平均運動共鳴と整合的であり、その力学的影響は何か？
• RQ4 星の活動指標と機器の系統誤差は、アーカイブデータにおける径運動検出の信頼性にどのように影響するか？
• RQ5 希な径運動速度データとTESS転食時系列を組み合わせた場合、惑星質量および軌道パラメータの推定はどの程度信頼できるか？

主な発見

• GJ 143の惑星は質量30.6 $M_{\bigoplus}$、周期$P_{\rm b} = 35.59_{-0.01}^{+0.01}$日であり、単一のTESS転食イベントと整合的である。
• GJ 143系には、複数の転食がなかったにもかかわらず、径運動速度解と整合する離心率を持つ海王星質量惑星が存在する。
• HD 23472系には、それぞれ質量17.9 $M_{\bigoplus}$ および 17.2 $M_{\bigoplus}$ の海王星質量惑星が存在し、周期比は5:3に近い。
• 5:3の周期比は、第二種平均運動共鳴の可能性を示唆するが、系の動的安定性は初期条件および離心率に敏感である。
• HD 23472の径運動速度散らばり13.5 m s⁻¹は、星の活動ではなく惑星信号と整合的であり、低振幅かつTESS転食と位相が一致するためである。
• 本研究では、光度測定データが乏しいまたは明確でない場合でも、アーカイブHARPSデータがTESS惑星候補を効果的に検証可能であることを示した。