[論文レビュー] The GAPS programme with HARPS-N@TNG IV: A planetary system around XO-2S

S. Desidera, A. S. Bonomo+49 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 23

ひとこと要約

本論文では、TNGに搭載されたHARPS-Nを用いた高精度径速度測定により、広い連星の補助星XO-2Sの周囲に二重惑星系の発見を報告する。この系には、0.48 auに木星質量の惑星と、0.13 auに土星質量の惑星が存在し、両者とも中程度の離心率の軌道をとっている。また、長期的な径速度傾向も観測されており、両方の成分が惑星を有する最初の確認済み広い連星系であり、そのうちの1つは transit を示す。このため、惑星形成の多様性と星-惑星相互作用を研究する上で極めてユニークな実験的環境を提供する。

ABSTRACT

We performed an intensive radial velocity monitoring of XO-2S, the wide companion of the transiting planet-host XO-2N, using HARPS-N at TNG in the framework of the GAPS programme. The radial velocity measurements indicate the presence of a new planetary system formed by a planet that is slightly more massive than Jupiter at 0.48 au and a Saturn-mass planet at 0.13 au. Both planetary orbits are moderately eccentric and were found to be dynamically stable. There are also indications of a long-term trend in the radial velocities. This is the first confirmed case of a wide binary whose components both host planets, one of which is transiting, which makes the XO-2 system a unique laboratory for understanding the diversity of planetary systems.

研究の動機と目的

• GAPSプログラムの一環として、トランジットを示すホット・ジュピターを公転するXO-2Nの広い連星補助星XO-2Sの周囲に惑星が存在するかを調査すること。
• 特に、片方がトランジットを示す場合に、広い連星系の両成分が惑星を有するかどうかを特定すること。
• XO-2Sの周囲に新たに発見された惑星系の力学的安定性と軌道構造を評価すること。
• このような系が惑星形成の多様性および星-惑星相互作用を理解する上で示唆する意味を検討すること。
• XO-2Sの径速度データに観測された長期的径速度傾向の起源を制約すること。

提案手法

• 広い時間スパンにわたり、Telescopio Nazionale Galileo（TNG）に搭載されたHARPS-Nを用いて高精度の径速度測定を実施した。
• 長期的変動をモデル化するため、2つの惑星と線形傾向を含むケプラー軌道解を径速度データにフィットさせた。
• 100 MyrにわたるN体数値シミュレーションを、SyMBAシンプレクティック積分器を用いて実施し、長期的な力学的安定性を評価した。
• 名目的な軌道解の周囲の位相空間における安定性を評価するために周波数マップ解析を適用した。
• 最良のケプラー軌道モデルから、質量（m sin i）、半長径、離心率などの軌道パラメータを導出した。
• トランジットの検出可能性を評価するため、星および惑星のパラメータに基づいて光度測定のトランジット確率を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広い連星系の両成分が惑星を有することができるか。特に、片方がトランジットを示すホット・ジュピターを有する場合にそのような状況が成立するか。
• RQ2 XO-2Sの周囲の惑星系の軌道構造と力学的安定性は何か。
• RQ3 XO-2Sの径速度データに観測された長期的径速度傾向の原因は何か。
• RQ4 XO-2SとXO-2Nの周囲の惑星系はどのように異なっており、これは惑星形成プロセスにどのような示唆をもたらすか。
• RQ5 この系は、惑星を有する星の化学的および角運動量の進化を理解する上でどのような意味を有するか。

主な発見

• XO-2Sの周囲に二重惑星系が確認された：0.48 auに木星質量の惑星（m sin i = 1.370 ± 0.053 M_Jup）と、0.13 auに土星質量の惑星（m sin i = 0.259 ± 0.014 M_Jup）が存在する。
• 両惑星の軌道は中程度の離心率を示し、それぞれ約0.15および0.25の離心率を有する。
• 系は0.0531 ± 0.0087 m s⁻¹ d⁻¹の傾きを示す長期的径速度傾向を示しており、これは第三のより遠方の同伴または長周期の惑星の存在を示唆する。
• 100 Myrにわたる数値積分により、系の力学的安定性が確認された。周波数マップ解析における低分散は、軌道パラメータの誤差範囲内での安定性が堅固であることを示している。
• 幾何的トランジット確率は、内側の惑星で3%、外側の惑星で1%であるが、利用可能な光度測定データではトランジットは検出されなかった。
• これは、両方の成分が惑星を有する最初の確認済み広い連星系であり、そのうちXO-2Nはトランジットを示すホット・ジュピターを有し、XO-2Sはより遠方のガス惑星2つを有する。