[論文レビュー] WASP-189b: an ultra-hot Jupiter transiting the bright A star HR 5599 in a polar orbit

D. R. Anderson, L. Y. Temple+19 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、明るいA6IV–V型星HR 5599（V = 6.64）の周りを2.72日周期で極軌道を回る、超高温木星（2.13 ± 0.28 M_Jup、1.374 ± 0.082 R_Jup）WASP-189bの発見を報告している。予想される平衡温度は2641 ± 34 Kであり、これは既知の第三位に高温の系外惑星である。惑星はトランジット光度測定法により検出され、HARPSおよびCORALIE分光計を用いた径速度測定およびラインプロファイルトモグラフィーにより確認された。これは、T_eff > 7000 Kの星の周りで極軌道を回る超高温木星として初めての発見である。

ABSTRACT

We report the discovery of WASP-189b: an ultra-hot Jupiter in a 2.72-d transiting orbit around the $V = 6.6$ A star WASP-189 (HR 5599). We detected periodic dimmings in the star's lightcurve, first with the WASP-South survey facility then with the TRAPPIST-South telescope. We confirmed that a planet is the cause of those dimmings via line-profile tomography and radial-velocity measurements using the HARPS and CORALIE spectrographs. Those reveal WASP-189b to be an ultra-hot Jupiter ($M_{ m P}$ = 2.13 $\pm$ 0.28 $M_{ m Jup}$; $R_{ m P}$ = 1.374 $\pm$ 0.082 $R_{ m Jup}$) in a polar orbit ($λ= 89.3 \pm 1.4^\circ$; $Ψ= 90.0 \pm 5.8^\circ$) around a rapidly rotating A6IV-V star ($T_{ m eff}$ = 8000 $\pm$ 100 K; $v_* \sin i_*$ $\approx$ 100 km\, s$^{-1}$). We calculate a predicted equilibrium temperature of $T_{ m eql}$ = 2641 $\pm$ 34 K, assuming zero albedo and efficient redistribution, which is the third hottest for the known exoplanets. WASP-189 is the brightest known host of a transiting hot Jupiter and the third-brightest known host of any transiting exoplanet. We note that of the eight hot-Jupiter systems with $T_{ m eff}$ $>$ 7000 K, seven have strongly misaligned orbits, and two of the three systems with $T_{ m eff}$ $\geq$ 8000 K have polar orbits (the third is aligned).

研究の動機と目的

• 高温で高速回転するA型星の周りに系外惑星を検出・特徴づけること。これらの星はスペクトル線が広く希釈されており、観測が困難であるため、非常にまれである。
• T_eff > 7000 Kの星の周りにおける高温木星の軌道構造と整列状態を調査し、惑星系の進化および潮汐相互作用の文脈で解明すること。
• 超高温木星の最も明るい母星の周りにトランジット惑星を特定・確認し、将来的な大気特徴づけを可能にすること。
• 高質量・高温の星の文脈で、惑星形成のコア降着モデルを検証するため、惑星の出現率と軌道的性質を測定すること。

提案手法

• WASP-SouthおよびTRAPPIST-South望遠鏡を用いたトランジット光度測定法により、HR 5599の光曲線における周期的減光を検出する。
• HARPSおよびCORALIE分光計を用いた径速度測定により、惑星質量および軌道運動を確認する。
• ラインプロファイルトモグラフィーを用いて、星の吸収ライン内に惑星信号を検出することで、トランジット信号の惑星起源を確認する。
• 分光的解析による星のパラメータの決定により、T_eff = 8000 ± 100 K、v*sin i* ≈ 100 km/s、スペクトル型A6IV–Vを導出する。
• 投影スピン-軌道角（λ = 89.3 ± 1.4°）およびスカイプロジェクション軌道傾き（Ψ = 90.0 ± 5.8°）を用いた軌道傾斜角および自転軌道傾きの計算により、極軌道の確認を行う。
• T_eq = T_eff × (1 - A)^{1/4} × (R*/a)^{1/2}の式を用いて平衡温度を推定し、アルベドをゼロと仮定し、熱の効率的再分配を想定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WASP-189bの軌道構造は、高速回転するA型星の周りを極軌道で回るという点で整合的であるか？
• RQ2 WASP-189bの高い平衡温度（T_eq = 2641 ± 34 K）は、他の既知の超高温木星と比較してどうなるか？
• RQ3 惑星の整列状態（λ = 89.3 ± 1.4°）およびスピン-軌道傾き（Ψ = 90.0 ± 5.8°）は、惑星系の進化という文脈でどのような意味を持つのか？
• RQ4 T_eff > 7000 Kの星の周りに存在する高温木星が主に非整列または極軌道をとる理由は何か？これは潮汐および波駆動の軌道進化に何を示唆するのか？
• RQ5 WASP-189（V = 6.64）の明るさは、他のトランジット型高温木星の母星と比較してどうか？大気特徴づけにどのような影響を及えるか？

主な発見

• WASP-189bは、質量2.13 ± 0.28 M_Jup、半径1.374 ± 0.082 R_Jupの超高温木星であり、A6IV–V型星HR 5599の周りを2.72日周期で公転している。
• 惑星は極軌道にあり、投影スピン-軌道角λ = 89.3 ± 1.4°およびスカイプロジェクション軌道傾きΨ = 90.0 ± 5.8°を示しており、既知の系外惑星の中で最も信頼性の高い極軌道である。
• WASP-189bの平衡温度は2641 ± 34 Kであり、KELT-9bおよびWASP-33bに次いで、既知の第三位に高温の系外惑星である。
• HR 5599は、トランジットする高温木星の母星として知られる最も明るい星（V = 6.64）であり、トランジットする系外惑星の母星としては3番目に明るい。この明るさは、大気研究の可能性を高めている。
• この系は、非整列の強い証拠を示しており、T_eff > 7000 Kの星の周りに存在する高温木星は、非整列または極軌道をとることが一般的であるという傾向と整合的である。8つの同様の系のうち、唯一の整列系である。
• 星は約320 Myr後に現在の惑星の軌道距離まで膨張すると予測され、巨星分枝段階で惑星が飲み込まれる一時的イベントが発生する可能性がある。