[論文レビュー] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. XVIII. CoRoT-18b: a massive hot jupiter on a prograde, nearly aligned orbit

G. Hébrard, T. M. Evans+45 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、CoRoT望遠鏡の光度測定と地上望遠鏡による径速度および分光的追従観測を用いて、G9V型の星を公転周期1.90日で回る質量3.47 ± 0.38 MJupの巨大なホットジュピターCoRoT-18bの発見を報告している。惑星は前向きでほぼ整列した軌道を示し、偏角ψ = 20° ± 20°である。また、主星の年齢は不確実であり、若年星の進化モデルに矛盾を示している可能性がある。

ABSTRACT

We report the detection of CoRoT-18b, a massive hot jupiter transiting in front of its host star with a period of 1.9000693 +/- 0.0000028 days. This planet was discovered thanks to photometric data secured with the CoRoT satellite combined with spectroscopic and photometric ground-based follow-up observations. The planet has a mass M_p = 3.47 +/- 0.38 M_Jup, a radius R_p = 1.31 +/- 0.18 R_Jup, and a density rho_p = 2.2 +/- 0.8 g/cm3. It orbits a G9V star with a mass M_* = 0.95 +/- 0.15 M_Sun, a radius R_* = 1.00 +/- 0.13 R_Sun, and a rotation period P_rot = 5.4 +/- 0.4 days. The age of the system remains uncertain, with stellar evolution models pointing either to a few tens Ma or several Ga, while gyrochronology and lithium abundance point towards ages of a few hundred Ma. This mismatch potentially points to a problem in our understanding of the evolution of young stars, with possibly significant implications for stellar physics and the interpretation of inferred sizes of exoplanets around young stars. We detected the Rossiter-McLaughlin anomaly in the CoRoT-18 system thanks to the spectroscopic observation of a transit. We measured the obliquity psi = 20 +/- 20 degrees (sky-projected value: lambda = -10 +/- 20 degrees), indicating that the planet orbits in the same way as the star is rotating and that this prograde orbit is nearly aligned with the stellar equator.

研究の動機と目的

• CoRoT宇宙ミッションの光度測定データから転食を示す系外惑星を特定・特徴づけること。
• 多波長の追従観測を用いて惑星およびその主星の軌道的・物理的パラメータを決定すること。
• Rossiter-McLaughlin効果を測定し、系のスピン-軌道偏角を推定すること。
• 星の進化モデル、ギロクロノロジー、リチウム同位体の分析といった複数の独立手法を用いて、主星の年齢の不一致を解明すること。
• 惑星の質量、軌道、整列状態が、惑星系の形成および進化に与える意味を調査すること。

提案手法

• CoRoT衛星が25日間にわたり32秒周期で高精度連続光度測定を実施し、13回の転食を検出。
• ESO、オート・プロヴァンス、北欧望遠鏡の地上光度測定および分光観測を用いて、惑星の転食を確認し、径速度変動を測定。
• 転食中における高分解能分光観測によりRossiter-McLaughlin効果を測定し、天球上投影スピン-軌道角λを決定。
• スペクトルエネルギー分布のフィッティング、径速度モデル化、SMEおよびその他のツールを用いた分光解析により星のパラメータを導出。
• Mandel & Agol (2002)の転食モデルを用いて、CoRoTおよび地上の光曲線を同時にフィッティングし、軌道パラメータを推定。
• 星の年齢は進化モデル、ギロクロノロジー、リチウム同位体の分析を用いて評価され、不一致が指摘された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-18bの正確な質量、半径、軌道パラメータは何か？
• RQ2 CoRoT-18系のスピン-軌道偏角は何か？また、これは惑星系の整列状態とどのように関係するか？
• RQ3 異なる手法から推定された主星の年齢に不一致が生じる理由は何か？
• RQ4 CoRoT-18bの高い質量と短い公転周期は、既知の他のホットジュピターと比較してどう異なるか？
• RQ5 この系の整列状態は、質量の大きな惑星の形成および移動歴にどのような意味を持つのか？

主な発見

• CoRoT-18bの質量は3.47 ± 0.38 MJup、半径は1.31 ± 0.18 RJup、公転周期は1.9000693 ± 0.0000028日である。
• 惑星の密度は2.2 ± 0.8 g/cm³であり、高金属量または放射能加熱による組成を示唆している。
• 主星の質量は0.95 ± 0.15 M⊙、半径は1.00 ± 0.13 R⊙、回転周期は5.4 ± 0.4日である。
• Rossiter-McLaughlin測定により、天球上投影偏角λ = −10° ± 20°が得られ、前向きでほぼ整列した軌道（ψ = 20° ± 20°）であると示された。
• 星の年齢推定値に矛盾が生じている：進化モデルでは数千万年または数Gyrのいずれかの可能性があるが、リチウム同位体および回転速度の両方が約300 Myrを示唆している。
• CoRoT-18bとCoRoT-2bは、高速回転するG型またはそれ以下の星を公転する唯一の既知の惑星であり、極めてレアな系配置を示している。