[論文レビュー] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission XXI. CoRoT-19b: A low density planet orbiting an old inactive F9V-star

E. W. Guenther, R. F. Díaz+52 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 29被引用数 12

ひとこと要約

本論文では、3.897日周期で回る古く、活動性のないF9V型の恒星の周りを回る、質量1.11 ± 0.06 MJup、半径1.29 ± 0.03 RJupの低密度ガス惑星CoRoT-19bの発見を報告する。高精度なCoRoT光度計測と複数の分光計（SOPHIE、HARPS、FIES、SANDIFORD）による径速度測定を用いて、質量は木星とほぼ同じであるが半径は30%も大きなこの惑星の膨張を確認した。これは、近軌道にあるガス惑星における半径の膨張機構を理解する上で重要なデータを提供する。

ABSTRACT

Observations of transiting extrasolar planets are of key importance to our understanding of planets because their mass, radius, and mass density can be determined. The CoRoT space mission allows us to achieve a very high photometric accuracy. By combining CoRoT data with high-precision radial velocity measurements, we derive precise planetary radii and masses. We report the discovery of CoRoT-19b, a gas-giant planet transiting an old, inactive F9V-type star with a period of four days. After excluding alternative physical configurations mimicking a planetary transit signal, we determine the radius and mass of the planet by combining CoRoT photometry with high-resolution spectroscopy obtained with the echelle spectrographs SOPHIE, HARPS, FIES, and SANDIFORD. To improve the precision of its ephemeris and the epoch, we observed additional transits with the TRAPPIST and Euler telescopes. Using HARPS spectra obtained during the transit, we then determine the projected angle between the spin of the star and the orbit of the planet. We find that the host star of CoRoT-19b is an inactive F9V-type star close to the end of its main-sequence life. The host star has a mass M*=1.21+/-0.05 Msun and radius R*=1.65+/-0.04 Rsun. The planet has a mass of Mp=1.11+/-0.06 Mjup and radius of Rp=1.29+/-0.03 Rjup. The resulting bulk density is only rho=0.71+/-0.06 gcm-3, which is much lower than that for Jupiter. The exoplanet CoRoT-19b is an example of a giant planet of almost the same mass as Jupiter but a 30% larger radius.

研究の動機と目的

• 質量が木星に近く、半径が顕著に大きな惑星の半径が膨張する背後にある物理的要因を理解すること。
• 惑星の進化モデルを制約するため、年齢、質量、温度が異なる恒星を回るトランジット惑星の正確な質量と半径の測定が不足している現状を是正すること。
• 光度計測領域内に背景の食連星が存在する可能性を除外することで、CoRoT-19bの惑星性を確認すること。
• ロシーター＝マクレーロン効果を用いてスカイプロジェクテッドスピン-軌道角（λ）を測定し、軌道の整列状態と惑星系の構造的歴史に与える影響を評価すること。
• 低密度惑星を有するトランジット惑星系の高精度な特徴付けを行い、大気および内部構造モデルの理解を深めること。

提案手法

• 2010年3月5日から29日までのCoRoT宇宙ミッションの光度計測データ（32秒刻み、3色データ）を分析し、CoRoT-19領域におけるトランジット事象を検出しモデル化した。
• 独立したマルコフ連鎖モンテカルロ法（MCMC）と遺伝的アルゴリズム最適化手法を用い、マンデル＆アゴール（2002）の端面暗黙のトランジットモデルを適合させた。
• CoRoT光度計測と、SOPHIE、HARPS、FIES、SANDIFORDの4台の分光計による高分解能径速度測定データを統合し、惑星の質量と軌道パラメータを決定した。
• Euler望遠鏡およびTRAPPIST望遠鏡を用いた後続のトランジット観測により、エフェメリスとトランジット時刻解を精緻化した。
• HARPS分光計を用いてトランジット中に行ったスペクトル観測により、ロシーター＝マクレーロン効果を検出し、スカイプロジェクテッドスピン-軌道角（λ）を測定した。
• 星の進化モデル（Girardi et al. 2000）とベイズ推定法（da Silva et al. 2006）を適用し、分光的および光度的制約から主星の質量、半径、年齢、金属量を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-19bの正確な質量と半径は何か？ そのバルク密度は？
• RQ2 観測されたトランジット信号は惑星の伴星によるものか、それとも背景の食連星のような偽陽性の原因か？
• RQ3 星の自転軸と惑星の公軌道軸の間のスカイプロジェクテッド角度は何か？ これは系の力学的歴史に何を示唆するか？
• RQ4 CoRoT-19bの半径は木星と比べてどの程度か？ これは惑星の半径膨張機構に何を示唆するか？
• RQ5 主星の物理的パラメータは何か？ それらは惑星の進化的文脈をどのように示唆するか？

主な発見

• CoRoT-19bの質量は1.11 ± 0.06 MJup、半径は1.29 ± 0.03 RJupであり、バルク密度は0.71 ± 0.06 g cm⁻³と算出された。これは木星の1.33 g cm⁻³よりも顕著に低い。
• 主星は古く、活動性のないF9V型の恒星であり、質量は1.21 ± 0.05 M⊙、半径は1.65 ± 0.04 R⊙、推定年齢は5 ± 1 Gyrであった。
• トランジット時刻の変動は検出されず、予測時刻からの残差は3分以内に収束しており、大きな摂動がない安定な軌道であることが示された。
• ロシーター＝マクレーロン効果は2.3σの有意性でわずかに検出され、スカイプロジェクテッドスピン-軌道角はλ = −52⁺²⁷₋₂²度となった。これは軌道がずれている可能性を示唆する。
• CoRoT-19bは、質量は木星とほぼ同じだが半径が約30%も大きな低密度で膨張したガス惑星として確認された。
• 惑星の平衡温度は2000 ± 150 Kであり、0.0518 AUという近軌道に位置するため、強い放射を受けることと整合的であった。