[論文レビュー] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission: VII. The "hot-Jupiter"-type planet CoRoT-5b

H. Rauer, D. Queloz+44 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 33被引用数 39

ひとこと要約

本論文は、CoRoTのアラームモード光度測定と径速度フォローアップにより検出された、F9V型の恒星を公転する低密度のホット・ジュピター型系外惑星CoRoT-5bの発見を報告している。惑星の半径は1.388 R_Jup、質量は0.467 M_Jup、平均密度は0.217 g cm⁻³であり、これは既知のものの中で極めて低い値であり、標準モデルの予測よりも顕著に大きなサイズであることを示唆しており、おそらくエネルギーの強化された賦存または光学的透過率の影響によるものと考えられる。

ABSTRACT

Aims. The CoRoT space mission continues to photometrically monitor about 12 000 stars in its field-of-view for a series of target fields to search for transiting extrasolar planets ever since 2007. Deep transit signals can be detected quickly in the "alarm-mode" in parallel to the ongoing target field monitoring. CoRoT's first planets have been detected in this mode. Methods. The CoRoT raw lightcurves are filtered for orbital residuals, outliers, and low-frequency stellar signals. The phase folded lightcurve is used to fit the transit signal and derive the main planetary parameters. Radial velocity follow-up observations were initiated to secure the detection and to derive the planet mass. Results. We report the detection of CoRoT-5b, detected during observations of the LRa01 field, the first long-duration field in the galactic anticenter direction. CoRoT-5b is a "hot Jupiter-type" planet with a radius of 1.388(+0.046, -0.047) R_Jup, a mass of 0.467(+0.047, -0.024) M_Jup, and therefore, a mean density of 0.217(+0.031, -0.025) g cm-3. The planet orbits an F9V star of 14.0 mag in 4.0378962 +/- 0.0000019 days at an orbital distance of 0.04947(+0.00026, -0.00029) AU.

研究の動機と目的

• リアルタイム光度測定を用いてCoRoT LRa01フィールドにおける転食系外惑星の特定と確認を行うこと。
• 光度測定と径速度解析を統合して、検出された惑星の物理的および軌道的パラメータを決定すること。
• 惑星の質量、半径、密度を評価し、ガス惑星進化理論モデルとの整合性を検討すること。
• 惑星の低密度および大きな半径が、惑星内部モデルとエネルギー輸送メカニズムに与える意味を調査すること。
• 導出された惑星パラメータを通じて、主星の金属量と惑星の組成との関連を検討すること。

提案手法

• 転食に類似した信号がリアルタイムで検出された際に、CoRoTの「アラームモード」を用いて高タイム・スケール（32 s）の光度測定をトリガーした。
• 位相畳み込みの前に、軌道残差、外れ値、低周波数の星の信号を除去するため、原始的な光度曲線にフィルタリングを適用した。
• Mandel & Agol (2002)の転食モデルを、二次的勾配法を用いたマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法で、折りたたまれた光度曲線に適合させた。
• 未解像の汚染源の影響をテストするため、第3の光成分を自由パラメータとして含めたが、顕著な汚染は認められなかった（c = 0.005 ± 0.024）。
• 惑星の質量を測定し、惑星性の確認を行うために、SOPHIEおよびHARPS分光計を用いた径速度フォローアップを実施した。
• 光度測定と径速度データを統合し、惑星の軌道傾き、半長径、離心率、および物理的パラメータを導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-5bの軌道的および物理的パラメータは何か？ それらは理論的予測とどのように比較されるか？
• RQ2 CoRoT-5bの観測された低密度は、標準的な惑星進化モデルと整合的か？ もし非整合的であれば、追加の物理学的要因を必要とするか？
• RQ3 運動エネルギーの散逸や増強された透過率といったエネルギー輸送メカニズムが、惑星の膨張半径に与える寄与は何か？
• RQ4 惑星の低密度および大きな半径は、主星の金属量と相関しているか？
• RQ5 未解像の連星恒星や汚染物質が、光度曲線に影響を与えているか？

主な発見

• CoRoT-5bの半径は1.388⁺⁰.⁰⁴⁶₋₀.⁰⁴⁷ R_Jup、質量は0.467⁺⁰.⁰⁴⁷₋₀.⁰²⁴ M_Jupであり、平均密度は0.217⁺⁰.⁰³¹₋₀.⁰²⁵ g cm⁻³である。
• 惑星はF9V型の主星を4.0378962 ± 0.0000019日周期で公転しており、距離は0.04947⁺⁰.⁰⁰⁰²⁶₋₀.⁰⁰⁰²⁹ AUである。
• 軌道離心率は0.09⁺⁰.⁰⁹₋₀.⁰⁴と低く、正確な決定にはさらなる径速度データが必要である。
• 惑星の半径は、標準的進化モデル（Guillot et al. 2006）の予測値よりも約20％大きい。これは、顕著なエネルギー賦存または透過率効果を示唆している。
• 運動エネルギー輸送や透過率の増加を組み込んだ理論的モデルは、膨張半径を説明でき、重元素の最大28 M_⊕を予測する。
• 惑星の低密度および大きなサイズは、主星の金属量と惑星の組成との間の関連を支持しており、WASP-12b や WASP-15b などの類似惑星の観測結果とも整合する。