[論文レビュー] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. XIII. CoRoT-13b: a dense hot Jupiter in transit around a star with solar metallicity and super-solar lithium content

J. Cabrera, H. Bruntt+46 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jul 30, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 67被引用数 29

ひとこと要約

本論文では、太陽同等の金属量を持つG0V型の恒星を公転する、質量1.34 M_Jup、半径1.04 R_Jupの高密度ホット・ジュピターCoRoT-13bの発見を報告する。この恒星はリチウムの過剰な蓄積を示すが、金属量が太陽同等であるにもかかわらず、惑星の極端な密度は140–300 M⊕の重元素を含むことを示唆し、現在の惑星形成モデルに挑戦する。これは、複雑な内部構造の進化または標準的でない形成過程を示唆する。

ABSTRACT

We announce the discovery of the transiting planet CoRoT-13b. Ground based follow-up in CFHT and IAC80 confirmed CoRoT's observations. The mass of the planet was measured with the HARPS spectrograph and the properties of the host star were obtained analyzing HIRES spectra from the Keck telescope. It is a hot Jupiter-like planet with an orbital period of 4.04 days, 1.3 Jupiter masses, 0.9 Jupiter radii, and a density of 2.34 g cm-3. It orbits a G0V star with Teff=5945K, M*=1.09 Msun, R*=1.01 Rsun, solar metallicity, a lithium content of +1.45 dex, and an estimated age between 0.12 and 3.15 Gyr. The lithium abundance of the star is consistent with its effective temperature, activity level, and age range derived from the stellar analysis. The density of the planet is extreme for its mass. It implies the existence of an amount of heavy elements with a mass between about 140 and 300 Mearth.

研究の動機と目的

• CoRoT-110839339を標榜する恒星とその系外惑星CoRoT-13bの特徴を、多波長の光度測定および分光測定データを用いて行う。
• 惑星の高密度が惑星内部モデルおよび形成理論の文脈でどのような意味を持つのかを調査する。
• 恒星のリチウム含有量と活動度を評価し、その年齢と進化状態を制約する。
• 径速度測定および光曲線解析を用いて、システム内に追加の質量の大きな同伴天体が存在するかを除外する。
• 星の金属量、リチウム含有量、および惑星系の構造との関連を検討する。

提案手法

• CoRoT宇宙ミッションからの光度測定データを用いて、惑星の半径、公転周期、および食の深さを導出する。
• HARPSおよび他の地上望遠鏡（CFHT、IAC80、Keck）からの径速度測定データを用いて、惑星の質量および軌道離心率を決定する。
• 高分解能分光測定を用いて星のパラメータ（T_eff、M_*、R_*、[M/H]、Li含有量）を導出し、進化曲線と比較して星の年齢を推定する。
• 光曲線の詳細な解析を実施し、特に第8回目と第9回目の食の間の異常を注目して、追加の軌道移動惑星の存在を検出する。
• 径速度残差を検討して、見えない同伴天体の存在を除外し、RV信号の振幅から制約を導出する。
• 理論的惑星内部構造モデルを適用し、惑星の高密度を説明するための重元素質量（M_Z）を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-13bの質量、半径、軌道的配置は何か。また、他の既知のホット・ジュピターと比較して密度はどうか？
• RQ2 恒星CoRoT 110839339の金属量およびリチウム含有量は何か。これらは惑星の形成歴にどのように影響するか？
• RQ3 食の時系列変動や径速度信号に基づいて、システム内に追加の惑星同伴が存在する証拠はあるか？
• RQ4 恒星の金属量が太陽同等であるにもかかわらず、CoRoT-13bの高密度は、現在の惑星形成および進化モデルにどのように挑戦するか？
• RQ5 星の低活動度およびリチウム含有量は、その年齢および進化状態にどのような制約を課えるか？

主な発見

• CoRoT-13bの質量は1.34 M_Jup、半径は1.04 R_Jupであり、体積密度は1.95 g/cm³に達する。これは、0.2～2.5 M_Jupの質量を有する既知の系外惑星の中で最も密度が高く、密度が最大の惑星である。
• 恒星は太陽同等の金属量（[M/H] = +0.01 ± 0.07 dex）を示し、太陽を超えるリチウム含有量（+1.45 dex）を有する。これは若い年齢（0.12–3.15 Gyr）を示唆するが、低活動度が示す下限年齢はこの範囲を否定する傾向にある。
• 惑星の高密度は、140–300 M⊕の重元素質量を含むことを示唆し、太陽同等の金属量の星の周りに形成された惑星の予測を著しく上回る。
• 顕著な径速度変動や食の時系列のずれは検出されず、85日未満の公転周期、円軌道で0.45 M_Jupを超える質量の巨大な同伴天体は存在しないことが除外された。
• 第8回目と第9回目の食の間の光曲線に、約1.5時間の持続時間、深さ1%の一時的特徴が検出されたが、再現されなかった。これは惑星の食ではなく、機器的または環境的要因によるものとされる。
• 高離心率の外側の惑星が存在する配置では、システムの動的安定性は成立しにくく、RV残差からもこのような同伴天体の証拠は得られなかった。