[論文レビュー] The TRAPPIST survey of southern transiting planets. I. Thirty eclipses of the ultra-short period planet WASP-43 b

M. Gillon, A. H. M. J. Triaud+17 more|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|Jan 13, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 101

ひとこと要約

本研究では、超短周期系外惑星 WASP-43 b の 23 個の transit および 7 個の occultation の光曲線に加え、8 つの新しい径速度測定値を組み合わせることで、系のパラメータを著しく精緻化した。高精度のデータにより、発見論文で報告された星の質量のデゲネラシーを解消し、星の質量を 0.717±0.025 M☉、半径を 0.667±0.011 R☉ に再評価した。さらに、2.034±0.052 M_Jup の高い惑星密度と 1.036±0.019 R_Jup の半径が確認され、これはマスサークルに富んだコアと、昼側から夜側への熱輸送が不十分であることを示唆している。

ABSTRACT

We present twenty-three transit light curves and seven occultation light curves for the ultra-short period planet WASP-43 b, in addition to eight new measurements of the radial velocity of the star. Thanks to this extensive data set, we improve significantly the parameters of the system. Notably, the largely improved precision on the stellar density (2.41+-0.08 rho_sun) combined with constraining the age to be younger than a Hubble time allows us to break the degeneracy of the stellar solution mentioned in the discovery paper. The resulting stellar mass and size are 0.717+-0.025 M_sun and 0.667+-0.011 R_sun. Our deduced physical parameters for the planet are 2.034+-0.052 M_jup and 1.036+-0.019 R_jup. Taking into account its level of irradiation, the high density of the planet favors an old age and a massive core. Our deduced orbital eccentricity, 0.0035(-0.0025,+0.0060), is consistent with a fully circularized orbit. We detect the emission of the planet at 2.09 microns at better than 11-sigma, the deduced occultation depth being 1560+-140 ppm. Our detection of the occultation at 1.19 microns is marginal (790+-320 ppm) and more observations are needed to confirm it. We place a 3-sigma upper limit of 850 ppm on the depth of the occultation at ~0.9 microns. Together, these results strongly favor a poor redistribution of the heat to the night-side of the planet, and marginally favor a model with no day-side temperature inversion.

研究の動機と目的

• 発見論文で報告された WASP-43 b の星の質量解のデゲネラシーを解消すること。
• 広範な地上ベースの光度測定による transit および occultation の監視を通じて、惑星および星のパラメータの精度を向上させること。
• 軌道離心率を制約し、複数の波長で惑星の昼側からの熱放射を検出すること。
• トランジット時系列変動および径速度解析を用いて、追加の同伴の存在を検討すること。
• 特に熱輸送効率および可能性のある温度上昇の有無を含めた、惑星の大気の熱的構造を調査すること。

提案手法

• WASP-43 b の 23 個のトランジットおよび 7 個のオクルージョンを観測するため、ESO ラ・シラの TRAPPIST およびエーラー望遠鏡、およびパラナルの VLT/HAWK-I を用いて高精度の光度測定が行われた。
• 主星の径速度測定値が収集され、軌道および星の質量制約が向上した。
• トランジットおよびオクルージョンの光曲線のグローバルモデリングを実施し、惑星および星のパラメータ（軌道傾き、インパクト媒介、端面暗黒化など）の共同制約を得た。
• 星の密度は 2.41±0.08 ρ☉ にきびしゅう制約され、年齢制約（ヘッブル時間未満）と組み合わせて、星の質量および半径が一意に決定された。
• 0.9、1.19、および 2.09 μm でのオクルージョン深さが測定され、カイ二乗および信号対雑音比を用いて統計的有意性が評価された。
• メルクリー n-体積分器を用いた動力学的解析により、潜在的な摂動星のシミュレーションが実施され、トランジット時系列変動および径速度振幅を用いた追加惑星の検出可能性閾値が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 発見論文に見られるデゲネラシーを解消した、WASP-43 b の主星の真の星の質量および半径は何か？
• RQ2 WASP-43 b の正確な軌道離心率は何か？また、潮汐円形化と整合的か？
• RQ3 WASP-43 b の熱放射スペクトルは何か？これは昼側から夜側への熱輸送に何を示唆するか？
• RQ4 第二の惑星の存在を示唆する検出可能なトランジット時系列変動は存在するか？
• RQ5 観測された熱放射は、日射側温度上昇を伴うモデルか、それとも伴わないモデルかを支持するか？

主な発見

• 星の質量および半径は、それぞれ 0.717±0.025 M☉ および 0.667±0.011 R☉ と高精度に決定され、元の発見論文におけるデゲネラシーが解消された。
• 惑星の質量および半径は、それぞれ 2.034±0.052 M_Jup および 1.036±0.019 R_Jup に精緻化され、高密度がマスサークルに富んだコアと整合的であることが示された。
• 軌道離心率は 0.0035−0.0025+0.0060 と測定され、完全に円形化された軌道と整合的であった。
• 2.09 μm での熱放射の明確な検出が達成され、11σ 以上の有意性で深さ 1560±140 ppm が得られた。
• 1.19 μm ではわずかな検出が得られ、深さ 790±320 ppm であった。一方、約 0.9 μm では 3σ の上限 850 ppm が設定された。
• 統合された熱放射データは、昼側から夜側への熱輸送が非効率であることを強く支持し、日射側温度上昇のないモデルについてもわずかに支持した。