[論文レビュー] TESS unveils the phase curve of WASP-33b. Characterization of the planetary atmosphere and the pulsations from the star

C. von Essen, M. Mallonn+5 more|Apr 22, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 89被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、23日間のTESS光度計測を用いて、超高温木星WASP-33bの最初の光学的位相曲線および二次食測定が行われた。星の脈動を除去した後、二次食深度は305.8 ± 35.5 ppm、位相曲線の振幅は100.4 ± 13.1 ppm、明るさのオフセットは28.7 ± 7.1°となり、それぞれ昼/夜側の温度は3014 ± 60 Kおよび1605 ± 45 Kであった。ボンドアルベドは0.369 ± 0.050、熱再循環効率は0.189 ± 0.014であった。

ABSTRACT

We present the detection and characterization of the full-orbit phase curve and secondary eclipse of the ultra-hot Jupiter WASP-33b at optical wavelengths, along with the pulsation spectrum of the host star. We analyzed data collected by the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) in sector 18. WASP-33b belongs to a very short list of highly irradiated exoplanets that were discovered from the ground and were later visited by TESS. The host star of WASP-33b is of delta Scuti-type and shows nonradial pulsations in the millimagnitude regime, with periods comparable to the period of the primary transit. These completely deform the photometric light curve, which hinders our interpretations. By carrying out a detailed determination of the pulsation spectrum of the host star, we find 29 pulsation frequencies with a signal-to-noise ratio higher than 4. After cleaning the light curve from the stellar pulsations, we confidently report a secondary eclipse depth of 305.8 +/- 35.5 parts-per-million (ppm), along with an amplitude of the phase curve of 100.4 +/- 13.1 ppm and a corresponding westward offset between the region of maximum brightness and the substellar point of 28.7 +/- 7.1 degrees, making WASP-33b one of the few planets with such an offset found so far. Our derived Bond albedo, A_B = 0.369 +/- 0.050, and heat recirculation efficiency, epsilon = 0.189 +/- 0.014, confirm again that he behavior of WASP-33b is similar to that of other hot Jupiters, despite the high irradiation received from its host star. By connecting the amplitude of the phase curve to the primary transit and depths of the secondary eclipse, we determine that the day- and nightside brightness temperatures of WASP-33b are 3014 +/- 60 K and 1605 +/- 45 K, respectively. From the detection of photometric variations due to gravitational interactions, we estimate a planet mass of M_P = 2.81 +/- 0.53 M$_J.

研究の動機と目的

• TESSデータを用いてWASP-33bの全軌道にわたる光学的位相曲線および二次食を特徴づけること。
• 星の脈動が惑星の光曲線に与える影響を解体し、正確な大気パラメータの推定を可能にすること。
• 光学的光度計測から惑星の明るさ温度、ボンドアルベド、熱再循環効率を測定すること。
• 光度変動および脈動位相解析を通じて、星-惑星相互作用の兆候を調査すること。
• δ Scuti型の主星WASP-33の脈動スペクトルを同定・特徴づけ、新たな脈動周波数を特定すること。

提案手法

• WASP-33の23日間のTESS光度計測を、セクター18から取得・処理した。
• 29個の脈動周波数（S/N ≥ 4）を特定する詳細な星震動解析を実施し、重力モードを示唆する低周波モードも同定した。
• 惑星の位相曲線および食信号のフィッティングの前に、星の変光を除去する脈動クリーニング手法を適用した。
• 簡単な熱放射モデルを用いて、食深度および位相曲線振幅から昼側および夜側の明るさ温度を導出した。
• 導出された温度および食深度を用いてボンドアルベドおよび熱再循環効率を計算した。
• 位相合わせられた光曲線を用いて重力的相互作用に起因する光度変動から惑星質量を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TESSによる測定で、WASP-33bの光学的位相曲線の振幅および二次食深度はそれぞれどのように測定されたか？
• RQ2 δ Scuti型の主星の脈動は、惑星の光曲線の解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ3 光学的位相曲線モデリングに基づき、WASP-33bの昼側および夜側の明るさ温度はそれぞれどのように特定されたか？
• RQ4 WASP-33bのボンドアルベドおよび熱再循環効率は何か？他のホットジュピターと比較するとどうなるか？
• RQ5 TESSの光曲線に星-惑星相互作用の検出可能な光度的痕跡が見られるか？

主な発見

• 二次食深度はTESSバンドパスで305.8 ± 35.5 ppmと測定され、強い熱放射を示している。
• 位相曲線の振幅は100.4 ± 13.1 ppmであり、最大明るさと恒星の下点との間には西へのオフセット28.7 ± 7.1°が観測された。
• 昼側の明るさ温度は3014 ± 60 K、夜側の温度は1605 ± 45 Kと導出された。
• ボンドアルベドは0.369 ± 0.050であったが、幾何的アルベドの3σ上限は0.08であり、反射光よりも熱放射が支配的であることを示唆している。
• 熱再循環効率は0.189 ± 0.014と推定され、超高温木星の大気におけるH2の解離/再結合を伴うモデルと整合的であった。
• 重力的相互作用に起因する光度変動から、惑星質量は2.81 ± 0.53 M_Jと推定され、径速度測定と整合的であった。