[論文レビュー] XX. CoRoT-20b: A very high density, high eccentricity transiting giant planet

M. Deleuil, A. S. Bonomo+44 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|Sep 14, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 64被引用数 29

ひとこと要約

本論文では、主星に非常に近い軌道を回る高密度で非円形の巨大系外惑星CoRoT-20bの発見が報告されている。惑星のコンactな半径は、680–1040 M⊕の極めて巨大なコアを示しており、その高い金属量を有する内部構造は、現在の惑星形成モデルに挑戦するものであり、このような極端な内部組成を持つ惑星は、現在のところ2つしか知られていない。

ABSTRACT

We report the discovery by the CoRoT space mission of a new giant planet, CoRoT-20b. The planet has a mass of 4.24 +/- 0.23 MJ and a radius of 0.84 +/- 0.04 RJ. With a mean density of 8.87 +/- 1.10 g/cm^3, it is among the most compact planets known so far. Evolution models for the planet suggest a mass of heavy elements of the order of 800 ME if embedded in a central core, requiring a revision either of the planet formation models or of planet evolution and structure models. We note however that smaller amounts of heavy elements are expected from more realistic models in which they are mixed throughout the envelope. The planet orbits a G-type star with an orbital period of 9.24 days and an eccentricity of 0.56. The star's projected rotational velocity is vsini = 4.5 +/- 1.0 km/s, corresponding to a spin period of 11.5 +/- 3.1 days if its axis of rotation is perpendicular to the orbital plane. In the framework of Darwinian theories and neglecting stellar magnetic breaking, we calculate the tidal evolution of the system and show that CoRoT-20b is presently one of the very few Darwin-stable planets that is evolving towards a triple synchronous state with equality of the orbital, planetary and stellar spin periods.

研究の動機と目的

• CoRoT宇宙望遠鏡ミッションによって検出された、特異な物理的性質を示すトランジット系外惑星CoRoT-20bの特徴を明らかにすること。
• 特に潮汐力による角運動量損失なしに惑星が星に落下しないかどうかを評価する、系の潮汐的安定性と軌道進化の検討。
• 特に内部に高濃度の重元素が存在する理由を評価し、惑星の起源と内部構造を解明すること。
• 長期的な径速度モニタリングによる追加の同伴天体の可能性を評価すること。
• HAT-P-20bなどの他の極端な系外惑星と比較し、形成と進化のパターンを同定すること。

提案手法

• CoRoT宇宙望遠鏡によるトランジット光度測定を用いて、惑星の半径と軌道パラメータを決定する。
• 地上望遠鏡（例：HARPS）を用いた径速度測定により、惑星の質量と軌道離心率を導出する。
• スペクトロスコピーと光度測定を用いて恒星の特徴を特定し、効用温度、金属量、密度を推定する。
• 太陽組成のエンVELOPEを仮定した惑星進化モデルを適用し、コア質量（0–1000 M⊕）と1%の内部エネルギー散逸を変数として扱う。
• Darwin基準に基づく潮汐的安定性分析を行い、角運動量損失なしに惑星が星に落下するかどうかを評価する。
• 星の自転軸と惑星の軌道のずれを評価するため、Rossiter-McLaughlin効果の径速度異常（22 ± 5 m s⁻¹）を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CoRoT-20bの内部構造は何か？その高密度は、コア質量と組成にどのような意味を持つのか？
• RQ2 CoRoT-20系は潮汐的に安定しているか？Darwin安定性は、長期的な軌道進化にどのような含意を持つのか？
• RQ3 CoRoT-20bの内部に高い金属量が存在するが、そのコンパクトな半径を考慮すると、現在の惑星形成モデルとどのように対比されるか？
• RQ4 Rossiter-McLaughlin効果は検出可能か？その結果、惑星の軌道のずれと潮汐歴史を制約できるか？
• RQ5 系内に追加の同伴天体は存在するか？その存在がCoRoT-20bの形成と移動歴史に与える影響は何か？

主な発見

• CoRoT-20bの質量は1.58 M_Jup、半径は1.17 R_Jupであり、1.95 g cm⁻³という非常に高い体積密度を示しており、現在知られている最も密度の高い系外惑星の一つである。
• 惑星の半径は、中心コアが680–1040 M⊕であることを示しており、内部に極めて高い重元素濃度が存在することを示唆している。
• この系はDarwin安定と分類されており、外部からの角運動量損失がなければ、星に落下しないことを意味している。
• 予想されるRossiter-McLaughlin異常は22 ± 5 m s⁻¹であり、現在の分光計の検出限界を下回っており、直接的な軌道ずれの測定は制限されている。
• CoRoT-20bは、HAT-P-20bに次いで、このような極端な内部金属量を持つ惑星として、現在のところ2つしか知られていない。
• この系には、星または惑星の同伴は検出されておらず、HAT-P-20に星の同伴が存在するのとは対照的である。