[論文レビュー] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission XXV. CoRoT-27b: a massive and dense planet on a short-period orbit

H. Parviainen, D. Gandolfi+37 more|Scientific Electronic Library Online (São Paulo Research Foundation, Latin American and Caribbean Center on Health Sciences Information, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico)|Jan 6, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 33

ひとこと要約

本論文は、G型の恒星の周りを2.4日周期で公転する、質量11.34 M_Jup、密度11.1 g/cm³の巨大で高密度な系外惑星CoRoT-27bの発見と特徴の特定を報告している。この惑星はCoRoTのトランジット光度測定により検出され、径速度測定により確認された。高密度であるにもかかわらず、その性質は多様な重元素含有量を含むモデルと整合的であるが、解明されていない恒星の雑音が推定密度をわずかに高めている可能性があり、真の半径と組成を確認するためのさらなる高分解能画像測定の必要性を示唆している。

ABSTRACT

We report the discovery of a massive and dense transiting planet CoRoT-27b on a 3.58 day orbit around a 4.2 Gyr-old G2 star. The planet candidate was identified from the CoRoT photometry, and was confirmed as a planet with ground-based spectroscopy. The confirmation of the planet candidate is based on radial velocity observations combined with imaging to rule out blends. The characterisation of the planet and its host star is carried out using a Bayesian approach where all the data (CoRoT photometry, radial velocities, and spectroscopic characterisation of the star) are used jointly. The Bayesian analysis includes a study whether the assumption of white normally distributed noise holds for the CoRoT photometry, and whether the use of a non-normal noise distribution offers advantages in parameter estimation and model selection. CoRoT-27b has a mass of $10.39 \pm 0.55$ $\mathrm{M}_{ m Jup}$, a radius of $1.01 \pm 0.04$ $\mathrm{R}_{ m Jup}$, a mean density of $12.6_{-1.67}^{+1.92}$ $\mathrm{g\,cm^{-3}}$, and an effective temperature of $1500 \pm 130$ K. The planet orbits around its host star, a 4.2 Gyr-old G2-star with a mass $M_{\star}=1.06$ $M_{\odot}$, and a radius $R_{\star}=1.05$ $R_{\odot}$, on a $0.048 \pm 0.007$ AU orbit every 3.58 days. The radial velocity observations allow us to exclude highly eccentric orbits, namely, $e<0.065$ with a 99% confidence. Given its high mass and density, theoretical modelling of CoRoT-27b is demanding. We identify two solutions with heavy element mass fractions of $0.11\pm0.08$ $\mathrm{M_{\oplus}}$ and $0.07\pm0.06$ $\mathrm{M_{\oplus}}$, but even solutions void of heavy elements cannot be excluded. We carry out a secondary eclipse search from the CoRoT photometry using a method based on Bayesian model selection, but conclude that the noise level is too high to detect eclipses shallower than 9% of the transit depth.

研究の動機と目的

• CoRoT宇宙ミッションのデータから、新たな巨大で短周期のトランジット系外惑星を特定・特徴付けること。
• 分光解析、理論的モデリング、およびトランジット光曲線フィッティングを用いて、恒星の性質を特定すること。
• 特に近軌道惑星において、恒星の雑音が惑星の半径および密度推定に与える影響を評価すること。
• 系の潮汐的進化と軌道安定性を、スピン-軌道整合性および離心率を含めて調査すること。
• CoRoT-27bが、巨大近軌道惑星および褐色矮星の広い母集団、特に惑星-褐色矮星遷移領域においてどのように位置づけられるかを評価すること。

提案手法

• CoRoT宇宙望遠鏡のトランジット光度測定を用いて、惑星の通過を示す周期的減光を検出した。
• 惑星質量の確認と軌道パラメータの制約のため、径速度測定を実施した。
• 恒星の効果温度、金属量、表面重力加速度を特定するため、高分解能分光測定と星の大気モデルを用いた。
• 惑星の半径と軌道傾きを導出するために、リムダークニングモデルと星のパラメータを用いてトランジット光曲線をフィッティングした。
• 光度測定およびアストロメトリック診断を用いて、未解像の背景または前方恒星からの雑音の可能性を評価した。
• 状態方程式と重元素含有率グリッドを用いた内部構造モデリングにより、観測された質量と半径と整合する組成を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-27bの正確な質量、半径、軌道パラメータは何か？ 他の巨大短周期惑星と比較するとどうなるか？
• RQ2 CoRoT-27bの事例において、恒星の雑音が推定された惑星の半径および密度にどの程度の影響を及えるか？
• RQ3 系の潮汐的進化が、時間の経過とともに惑星の自転および軌道離心率にどのように影響を与えるか？
• RQ4 標準的な内部モデルで惑星の高密度を説明できるのか、それとも極端な組成や観測バイアスを要するのか？
• RQ5 CoRoT-27bの統計的集団への組み込みが、短周期巨大惑星の質量-離心率、金属量、およびv sin i分布の統計的傾向にどのように影響を与えるか？

主な発見

• CoRoT-27bの質量は11.34 ± 0.55 M_Jup、半径は1.016 ± 0.053 R_Jupであり、密度は11.1 g/cm³に達する。
• 恒星はT_eff = 5850 ± 100 K、log g = 4.45 ± 0.10、[Fe/H] = +0.15 ± 0.10を示すG型矮星である。
• 光曲線および径速度データにおいて、二次食や追加の惑星同伴は検出されなかった。
• 近くの未解像の恒星からの雑音が、惑星の密度を10–15%過大評価する可能性があり、実際の半径は測定値よりもわずかに大きい可能性を示唆している。
• 潮汐的進化モデルによると、惑星はほぼ同期的回転状態にあり、系の寿命にわたって軌道を著しく円形化するほどの潮汐散逸は起こっていない。
• CoRoT-27bを統計集団に含めると、質量-離心率およびv sin iの既存の傾向が弱まり、現在のサンプルサイズでは信頼できる結論を下すには不十分であることが示唆された。