[論文レビュー] The GAPS Programme with HARPS-N at TNG XVI: Measurement of the Rossiter-McLaughlin effect of the transiting planetary systems HAT-P-3, HAT-P-12, HAT-P-22, WASP-39 and WASP-60

L. Mancini, M. Esposito+44 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 94被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、TNG望遠鏡のHARPS-Nから得られた高精度径速度データを用いて、HAT-P-3b、HAT-P-12b、HAT-P-22b、WASP-39b、WASP-60bの5つの transit exoplanet システムにおけるRossiter-McLaughlin効果を測定し、スカイプロジェクテッド軌道傾き（$\lambda$）を決定した。WASP-60bは逆軌道にあり（$\lambda = -129^\circ \pm 17^\circ$）、HAT-P-22bの真のずれ角は$\psi = 24^\circ \pm 18^\circ$であった。また、WASP-60の再評価により、以前の報告より質量が大きく、若く、惑星はより大きく、より高温であることが判明した。

ABSTRACT

We characterised five transiting planetary systems (HAT-P-3, HAT-P-12, HAT-P-22, WASP-39 and WASP-60) and determined their sky-projected planet orbital obliquity through the measurement of the RM effect. We used HARPS-N high-precision radial velocity measurements, gathered during transit events, to measure the RM effect in the target systems and determine the sky-projected angle between the planetary orbital plane and the stellar equator. The characterisation of stellar atmospheric parameters was performed exploiting the HARPS-N spectra, using line equivalent width ratios, and spectral synthesis methods. Photometric parameters of the five transiting exoplanets were re-analysed through 17 new light curves, obtained with an array of medium-class telescopes, and other light curves from the literature. Survey-time-series photometric data were analysed for determining the rotation periods of the five stars and their spin inclination. From the analysis of the RM effect we derived a sky-projected obliquity of 21.2 degree, -54 degree, -2.1 degree, 0 degree and -129 degree for HAT-P-3b, HAT-P-12b, HAT-P-22b, WASP-39b and WASP-60b, respectively. The latter value indicates that WASP-60b is moving on a retrograde orbit. These values represent the first measurements of λfor the five exoplanetary systems under study. The stellar activity of HAT-P-22 indicates a rotation period of 28.7 days, which allowed us to estimate the true misalignment angle of HAT-P-22b, ψ=24 degree. The revision of the physical parameters of the five exoplanetary systems returned values that are fully compatible with those existing in the literature. The exception to this is the WASP-60 system, for which, based on higher quality spectroscopic and photometric data, we found a more massive and younger star and a larger and hotter planet.

研究の動機と目的

• Rossiter-McLaughlin効果を用いて、5つの転位する系外惑星系のスカイプロジェクテッド軌道傾き（$\lambda$）を測定すること。
• 惑星の軌道角運動量と星の自転軸の整合性を調査し、惑星系形成および移動メカニズムを解明すること。
• 高精度の光度およびスペクトロスコピックデータを用いて、母星および惑星の物理的パラメータを再評価すること。
• 星の自転周期が測定可能な系において、真のずれ角（$\psi$）を特定すること。
• 不完全な光曲線が転位パラメータ推定に与える影響、特にWASP-60bに対して評価すること。

提案手法

• 転位イベント中にHARPS-Nで得られた高精度径速度測定を用いて、Rossiter-McLaughlin効果を検出する。
• HARPS-Nスペクトルを用いた線等価幅比とスペクトル合成を用いて、星の大気パラメータを導出する。
• 中型望遠鏡から得た17個の新しい光度光曲線と文献データを組み合わせ、転位パラメータを再分析する。
• 光度時系列解析を用いて星の自転周期と自転軸傾きを決定する。
• HAT-P-22の自転周期を用いて、スカイプロジェクテッド軌道傾き（$\lambda$）から真のずれ角（$\psi$）を計算する。
• Southworth（2012）の手法を用いて一貫性を確保するため、惑星および星のパラメータを均一に再分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HAT-P-3、HAT-P-12、HAT-P-22、WASP-39、WASP-60惑星系のスカイプロジェクテッド軌道傾き（$\lambda$）は何か？
• RQ2 WASP-60bの惑星軌道は逆軌道であるか？ これはその形成歴史に何を示唆するか？
• RQ3 HAT-P-22bの真のずれ角（$\psi$）は何か？ そして、スカイプロジェクテッド軌道傾きと比較するとどうなるか？
• RQ4 再評価された光度およびスペクトロスコピックデータは、WASP-60系の推定物理的パラメータにどのように影響するか？
• RQ5 不完全な転位光曲線は、惑星および星のパラメータ推定にどの程度バイアスをもたらすか？

主な発見

• HAT-P-3bのスカイプロジェクテッド軌道傾きは$\lambda = 21.2^\circ \pm 8.7^\circ$であり、星の自転軸とほぼ一致していることが示された。
• HAT-P-12bのスカイプロジェクテッド軌道傾きは$\lambda = -54^\circ{}^{+41^\circ}_{-13^\circ}$であり、顕著なずれがあることが示された。
• HAT-P-22bはスカイプロジェクテッド軌道傾きが$\lambda = -2.1^\circ \pm 3.0^\circ$であり、整合性があるとされ、28.7 ± 0.4日という自転周期から真のずれ角$\psi = 24^\circ \pm 18^\circ$が導出された。
• WASP-39bのスカイプロジェクテッド軌道傾きは$\lambda = 0^\circ \pm 11^\circ$であり、ほぼ整合していることが示された。
• WASP-60bは$\lambda = -129^\circ \pm 17^\circ$という逆軌道にあり、再評価されたパラメータから母星はより質量が大きく、若く、惑星はより大きく、より高温であることが判明した。
• WASP-60bの転位深度は、発見論文よりも約33%深く、不完全な光曲線が光度パラメータ推定に顕著な誤差をもたらす可能性があることが示された。