[論文レビュー] Transit Hunt for Young and Maturing Exoplanets (THYME) VIII: a Pleiades-age association harboring two transiting planetary systems from Kepler

Madyson G. Barber, Andrew W. Mann+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 126被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、ケプラー領域に位置する105±10 Myrの共時的連星集団MELANGE-3を特定した。この集団には、2つの Transit を示す系外惑星が存在する。Kepler-1928 b（2.0 ± 0.1 R⊕、19.58日軌道）およびKepler-970 b（2.8 ± 0.2 R⊕、16.73日軌道）。高分解能分光法およびアーカイブ済みケプラー光曲線を用いた運動学的および空間的クラスタリングにより、リチウム含有量、色−等級図、回転周期シーケンスを用いて集団の若さを確認した。Kepler-1928 b が惑星であることが裏付けられ、若年期惑星進化および1年スケールの星 spots 動的変化を研究する上で本システムの価値が浮き彫りになった。

ABSTRACT

Young planets provide a window into the early stages and evolution of planetary systems. Ideal planets for such research are in coeval associations, where the parent population can precisely determine their ages. We describe a young association (MELANGE-3) in the Kepler field, which harbors two transiting planetary systems (Kepler-1928 and Kepler-970). We identify MELANGE-3 by searching for kinematic and spatial overdensities around Kepler planet hosts with high levels of lithium. To determine the age and membership of MELANGE-3, we combine new high-resolution spectra with archival light curves, velocities, and astrometry of stars near Kepler-1928 spatially and kinematically. We use the resulting rotation sequence, lithium levels, and color-magnitude diagram of candidate members to confirm the presence of a coeval $105\pm$10 Myr population. MELANGE-3 may be part of the recently identified Theia 316 stream. For the two exoplanet systems, we revise the stellar and planetary parameters, taking into account the newly-determined age. Fitting the 4.5 yr Kepler light curves, we find that Kepler-1928 b is a $2.0\pm0.1R_\oplus$ planet on a 19.58-day orbit, while Kepler-970 b is a $2.8\pm0.2R_\oplus$ planet on a 16.73-day orbit. Kepler-1928 was previously flagged as an eclipsing binary, which we rule out using radial velocities from APOGEE and statistically validate the signal as planetary in origin. Given its overlap with the Kepler field, MELANGE-3 is valuable for studies of spot evolution on year timescales, and both planets contribute to the growing work on transiting planets in young stellar associations.

研究の動機と目的

• ケプラー領域に存在する、軌道移行を示す系外惑星を有する若年で共時的星集団を同定し、年齢と進化に関する制約を強化すること。
• ケプラー-1928周辺の新たな運動学的および空間的過剰密度の年齢と会員性を、高分解能分光法およびアーカイブデータを用いて特定すること。
• MELANGE-3集団の新たな105±10 Myrの年齢を反映して、ケプラー-1928およびケプラー-970の惑星的および恒星的パラメータを再評価すること。
• APOGEEからの径速度データを用いて、ケプラー-1928の軌道移行信号の惑星起源を統計的に検証し、連星系による汚染の可能性を除外すること。
• 特に1年スケールの星 spots 動的変化を研究する上で、ケプラー領域が若年惑星および恒星活動進化を研究する上でどれほど有用であるかを評価すること。

提案手法

• Gaia EDR3の位置、距離パラメータ、自己運動を用い、APOGEEの径速度データを入力として、ケプラー-1928周辺の共動星を特定するためFriendFinderコードを適用した。
• 高分解能分光法とアーカイブ済みケプラー光曲線、Gaiaのアストロメトリー、径速度データを統合し、リチウム含有量、回転周期、色−等級図（CMD）の形状を評価した。
• 候補会員の回転周期シーケンス、リチウム含有量、CMDの特徴を用いて、約105 Myrの共時的集団が存在することを確認した。これはプレアデス年齢と整合的である。
• 4.5年分のケプラー光曲線をフィッティングして、ケプラー-1928 bおよびケプラー-970 bのより精緻な惑星的および恒星的パラメータを導出した。
• APOGEEからの径速度測定を用いて、ケプラー-1928の連星系シナリオを除外し、信号が惑星由来であることを統計的に検証した。
• TESSおよびケプラー光曲線を照合して、追加の軌道移行惑星候補を同定し、惑星信号の独立的検証を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケプラー領域に、軌道移行を示す系外惑星を有する共時的で若年の星集団が存在するか。また、リチウム含有量を用いた運動学的および空間的クラスタリングにより同定可能か。
• RQ2 新たに同定されたMELANGE-3集団の正確な年齢と会員性は何か。リチウム含有量、回転、CMD がその共時的性質をどのように裏付けているか。
• RQ3 MELANGE-3集団の105±10 Myrの年齢を反映して、ケプラー-1928 bおよびケプラー-970 bの再評価された恒星的および惑星的パラメータはどのように変化するか。
• RQ4 ケプラー-1928の軌道移行信号は、統計的に惑星由来と検証可能か。また、連星系による汚染と整合的か。
• RQ5 MELANGE-3は、1年スケールの星 spots 動的変化および惑星系進化を研究する上で、どのような科学的価値を有するか。

主な発見

• MELANGE-3は、太陽から300 pc離れた105±10 Myrの共時的集団であり、ケプラー-1928周辺の運動学的および空間的クラスタリングに加え、高いリチウム含有量により同定された。
• その運動学的性質から、最近同定されたTheia 316ストリームの一部である可能性が示唆された。
• Kepler-1928 bは、2.0 ± 0.1 R⊕の惑星で、19.58日の軌道を回り、APOGEEの径速度データを用いた統計的検証により、軌道移行信号が惑星由来であることが裏付けられた。
• Kepler-970 bは、2.8 ± 0.2 R⊕の惑星で、16.73日の軌道を回り、光曲線フィッティングおよび独立的検証により確認された。
• 本研究により、MELANGE-3は4.5年分のケプラー光電ベースラインと重複するため、1年スケールのspots 動的変化を研究する稀な機会を提供することが確認された。
• 両惑星系の再評価されたパラメータは、若年で共時的集団と整合的であり、初期惑星系進化を研究する上でその価値が高まった。