[論文レビュー] The GAPS Programme with HARPS-N@TNG IX. The multi-planet system KELT-6: detection of the planet KELT-6 c and measurement of the Rossiter-McLaughlin effect for KELT-6 b

M. Damasso, M. Esposito+40 more|Keele Research Repository (Keele University)|Aug 26, 2015

Astro and Planetary Science参考文献 39被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、HARPS-NおよびTRESを用いた径速度モニタリングにより、KELT-6系に第二の惑星KELT-6 cが存在することを確認し、KELT-6 bにおけるロシーター＝マクラウリン効果の初回測定を報告している。その結果、投影スピン軌道角が−36° ± 11°の前向きでわずかにずれた軌道であることが判明した。この系は、ホット・サトゥルンと、3.5年周期で中程度の離心率を示す質量の大きな外部同伴を有しており、長期間にわたる摂動的相互作用による惑星系構造と動的進化の事例研究となる。

ABSTRACT

Aims. For more than 1.5 years we monitored spectroscopically the star KELT-6 (BD+312447), known to host the transiting hot Saturn KELT-6b, because a previously observed long-term trend in radial velocity time series suggested the existence of an outer companion. Methods. We collected a total of 93 new spectra with the HARPS-N and TRES spectrographs. A spectroscopic transit of KELT-6b was observed with HARPS-N, and simultaneous photometry was obtained with the IAC-80 telescope. Results. We proved the existence of an outer planet with a mininum mass M$_{ m p}$sini=3.71$\pm$0.21 M$_{ m Jup}$ and a moderately eccentric orbit ($e=0.21_{-0.036}^{+0.039}$) of period P$\sim$3.5 years. We improved the orbital solution of KELT-6b and obtained the first measurement of the Rossiter-McLaughlin effect, showing that the planet has a likely circular, prograde, and slightly misaligned orbit, with a projected spin-orbit angle $λ$=$-$36$\pm$11 degrees. We improved the KELT-6b transit ephemeris from photometry, and we provided new measurements of the stellar parameters. KELT-6 appears as an interesting case to study the formation and evolution of multi-planet systems.

研究の動機と目的

• KELT-6 bを公転するトランジット惑星を有する星として知られるKELT-6における長期的径速度傾向の存在を調査すること。
• 観測されたRV傾向を引き起こす可能性のある外部惑星同伴の検出と特徴の特定。
• KELT-6 bの軌道の向きが星の自転軸に対してどのように配置されているかを、ロシーター＝マクラウリン効果の測定により特定すること。
• スペクトロスコピックおよび光度測定データを統合して、KELT-6 bの軌道的および星のパラメータを改善すること。
• 長期間にわたる力学的安定性とKELT-6系の進化歴を、定常的重力相互作用モデルを用いて評価すること。

提案手法

• 1178日間にわたり、TNGのHARPS-N分光計およびTillinghast望遠鏡のTRES分光計を用いて、93個の高精度径速度スペクトルを収集した。
• KELT-6 bのトランジット中にIAC-80望遠鏡を用いて同時光度測定を実施し、トランジット時刻および深さの分析を支援した。
• 径速度および光度測定データからの軌道的および星のパラメータの不確実性を導出するためにブートストラップ法を適用した。
• 惑星のトランジット中にドップラーシフトの変調を考慮したモデルを用いてロシーター＝マクラウリン効果をフィットさせ、投影スピン軌道角の測定を可能にした。
• 系の構造の動的起源を評価するために、共面高離心率移行（CHEM）モデルをテストした。
• 任意の離心率および相対傾きを有する二惑星系に対して、Petrovich（2015b）の経験的関係を用いて長期的力学的安定性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KELT-6における長期的径速度傾向は、質量の大きな外部惑星の存在を示唆しているか？
• RQ2 ロシーター＝マクラウリン効果による測定により、KELT-6 bの軌道の向きは、その中心星の自転軸に対してどのように配置されているか？
• RQ3 現在のKELT-6 bおよびKELT-6 cの軌道的配置は、外部同伴との定常的重力相互作用によって説明可能か？
• RQ4 KELT-6系の力学的安定性時間尺度はギガ年スケールでどの程度か？
• RQ5 惑星同士の散乱と潮汐円形化を経て、現在の状態に至るための初期条件は何か？

主な発見

• 第二の惑星KELT-6 cの存在が確認され、最小質量は3.71 ± 0.21 $M_{\rm Jup}$、公軌道周期は約3.5年である。
• KELT-6 cの軌道は中程度の離心率を示し、$e = 0.21_{-0.036}^{+0.039}$であり、共面高離心率移行モデルの予測と整合的である。
• KELT-6 bにおけるロシーター＝マクラウリン効果の測定により、投影スピン軌道角は$\lambda = -36^\circ \pm 11^\circ$となり、前向きでわずかにずれた軌道であることが示された。
• KELT-6 bの改善された軌道解は円形軌道を示し、新しい光度測定データを用いてトランジットの予報時刻が精緻化された。
• 数百万年スケールで系の力学的安定性が確認され、Petrovich（2015b）の経験的安定性基準が明確に満たされている。
• 修正された潮汐品質因子$Q'^\prime_{\rm p} = 10^5$のもとで、KELT-6 bの円形化時間尺度は約0.45 Gyrと推定され、初期の高離心率移行後に軌道が円形化された可能性が高い。