[論文レビュー] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission - XIX. CoRoT-23b: a dense hot Jupiter on an eccentric orbit

Daniel Rouan, H. Parviainen+41 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 25被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、成熟したG0型の恒星（年齢 ≈7 Gyr）の周りを中程度の離心率（e = 0.16 ± 0.02）を示す軌道を回る、密度の高いホットジュピター（2.8 ± 0.3 MJup、半径 1.05 ± 0.13 RJup、密度 ≈3 g cm⁻³）CoRoT-23bの発見を報告している。この惑星はCoRoTの光度測定によって検出され、地上望遠鏡によるドップラー速度測定で確認され、その後の光度測定によって偽陽性の可能性が除外された。高密度と非ゼロの離心率という、ホットジュピターにおいては稀な組み合わせは、7 Gyrにわたる遅い潮汐的円形化によって説明され、潮汐品質因子Qp > 3×10⁵と整合的である。

ABSTRACT

We report the detection of CoRoT-23b, a hot Jupiter transiting in front of its host star with a period of 3.6314 \pm 0.0001 days. This planet was discovered thanks to photometric data secured with the CoRoT satellite, combined with spectroscopic radial velocity (RV) measurements. A photometric search for possible background eclipsing binaries conducted at CFHT and OGS concluded with a very low risk of false positives. The usual techniques of combining RV and transit data simultaneously were used to derive stellar and planetary parameters. The planet has a mass of Mp = 2.8 \pm 0.3 MJup, a radius of Rpl = 1.05 \pm 0.13 RJup, a density of \approx 3 g cm-3. RV data also clearly reveal a non zero eccentricity of e = 0.16 \pm 0.02. The planet orbits a mature G0 main sequence star of V =15.5 mag, with a mass M\star = 1.14 \pm 0.08 M\odot, a radius R\star = 1. 61 \pm 0.18 R\odot and quasi-solar abundances. The age of the system is evaluated to be 7 Gyr, not far from the transition to subgiant, in agreement with the rather large stellar radius. The two features of a significant eccentricity of the orbit and of a fairly high density are fairly uncommon for a hot Jupiter. The high density is, however, consistent with a model of contraction of a planet at this mass, given the age of the system. On the other hand, at such an age, circularization is expected to be completed. In fact, we show that for this planetary mass and orbital distance, any initial eccentricity should not totally vanish after 7 Gyr, as long as the tidal quality factor Qp is more than a few 105, a value that is the lower bound of the usually expected range. Even if Corot-23b features a density and an eccentricity that are atypical of a hot Jupiter, it is thus not an enigmatic object.

研究の動機と目的

• CoRoT宇宙ミッションによって検出された Transit 予備惑星の惑星的性質を確認すること。
• 光度測定とスペクトロスコピー解析を統合して、CoRoT-23bの物理的および軌道的パラメータを特定すること。
• ホットジュピター系において、高密度と非ゼロの軌道離心率が同時に観測されるという異常な組み合わせの理由を解明すること。

提案手法

• CoRoTの宇宙望遠鏡による光度測定を用いて、Corot-23の光曲線に類似した Transit イベントを検出した。
• CFHTおよびOGSでの地上光度測定のフォローアップを実施し、背景にある食連星系による偽陽性の可能性を除外した。
• 高精度のドップラー速度測定を取得し、惑星の質量と軌道離心率を決定した。
• 高分解能スペクトロスコピーを用いて、恒星のパラメータ（効果的温度、金属量、年齢推定）を導出した。
• Transitとドップラー速度のデータを統合して、惑星および恒星のパラメータを同時にフィッティングし、質量、半径、密度を導出した。
• 潮汐的進化モデルを適用し、長期的な円形化 timescale を評価した。この際、潮汐品質因子 Qp を主要なパラメータとして用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-23の Transit 信号は、背景にある連星系による偽陽性ではなく、惑星由来であると考えられるか？
• RQ2 CoRoT-23bの正確な質量、半径、密度は何か？他のホットジュピターと比較するとどうなるか？
• RQ3 7 Gyrという高齢にもかかわらず、CoRoT-23bが顕著な軌道離心率（e = 0.16）を示すのはなぜか？潮汐力がこのような軌道を円形化すべきであるという点で、矛盾は生じないか？
• RQ4 高密度（≈3 g cm⁻³）は、惑星の収縮と進化の理論的モデルと整合的か？
• RQ5 観測された離心率は、7 Gyrにわたる潮汐的減衰によって説明可能か？また、そのような状況を満たすために必要な潮汐品質因子（Qp）の範囲は何か？

主な発見

• CoRoT-23bの質量は 2.8 ± 0.3 MJup、半径は 1.05 ± 0.13 RJup であり、密度は約 3 g cm⁻³ に達する高密度である。
• 惑星は 3.6314 ± 0.0001 日の周期で恒星の周りを回っており、e = 0.16 ± 0.02 の非ゼロの離心率を示している。
• 恒星は質量 1.14 ± 0.08 M⊙、半径 1.61 ± 0.18 R⊙ の成熟したG0型主系列星であり、推定年齢は 7 Gyr である。
• 高密度は、特にこの質量と年齢の惑星に適した長期的惑星収縮モデルと整合的である。
• 観測された離心率は、潮汐的進化モデルと矛盾しない。Qp > 3×10⁵ であれば、7 Gyrにわたってその離心率を維持することが可能である。
• 恒星の潮汐的性質（Q*/k₂* および Doodson 定数）から、Q*/k₂* < 10⁷ の場合、惑星が恒星に飲み込まれるリスクがある可能性が示唆されるが、これはまだ予備的な結論である。