[논문 리뷰] K2-99 revisited: a non-inflated warm Jupiter, and a temperate giant planet on a 522-d orbit around a subgiant

A. M. S. Smith, Sylvain Breton외 30명|arXiv (Cornell University)|2021. 11. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 109인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 K2-99 시스템을 새롭게 확보한 K2 캠프레인 17의 광도 데이터와 HARPS, HARPS-N, HIRES에서 확보한 60개의 라디얼 속도 측정값을 사용하여 재분석한다. 항성의 특성을 항성진동 분석을 통해 정밀화하고, K2-99 b가 팽창하지 않은 온기목성임을 확인하며, 반지름은 Rb = 1.06 ± 0.01 RJup이다. K2-99 c는 질량이 크고 타원도가 높은 기간행성으로, Mc sin i = 8.4 ± 0.2 MJup, ec = 0.210 ± 0.009, P = 522.2 ± 1.4 d로 확인된다. 만약 두 행성 궤도의 상호 기울기가 작다면, TESS가 2022년에 전행 탐지 가능성이 매우 높다.

ABSTRACT

We report new photometric and spectroscopic observations of the K2-99 planetary system. Asteroseismic analysis of the short-cadence light curve from K2's Campaign 17 allows us to refine the stellar properties. We find K2-99 to be significantly smaller than previously thought, with $R_{\star} = 2.55\pm0.02$ $\mathrm{R_\odot}$. The new light curve also contains four transits of K2-99b, which we use to improve our knowledge of the planetary properties. We find the planet to be a non-inflated warm Jupiter, with $R_\mathrm{b} = 1.06 \pm 0.01$ $\mathrm{R_{Jup}}$. Sixty new radial velocity measurements from HARPS, HARPS-N, and HIRES enable the determination of the orbital parameters of K2-99c, which were previously poorly constrained. We find that this outer planet has a minimum mass $M_\mathrm{c} \sin i_\mathrm{c} = 8.4\pm0.2$ $\mathrm{M_{Jup}}$, and an eccentric orbit ($e_\mathrm{c} = 0.210 \pm 0.009$) with a period of $522.2\pm1.4$ d. Upcoming TESS observations in 2022 have a good chance of detecting the transit of this planet, if the mutual inclination between the two planetary orbits is small.

연구 동기 및 목표

• 업데이트된 광도 및 스펙트로스코픽 데이터를 활용하여 K2-99 시스템의 항성 및 행성 파arameters를 정밀화한다.
• 이전에 잘 제약되지 않았던 외부 행성 K2-99 c의 궤도 및 물리적 특성을 규명한다.
• 향후 TESS 관측에서 K2-99 c의 전행 탐지 가능성을 평가한다.
• 특히 K2-99 b의 이동 기원 역사에서 K2-99 c가 차지하는 역할을 탐구한다.
• 라디얼 속도, 광도, 항성진동 분석을 통합하여 시스템의 완전한 3차원적 시각을 제공한다.

제안 방법

• K2 캠프레인 17의 단기 캐드런 광도 데이터를 바탕으로 항성진동 분석을 수행하여 정밀한 항성 파arameters를 도출하였으며, 반지름 R★ = 2.55 ± 0.02 R⊙를 확보하였다.
• K2 캠프레인 17의 새로운 전행 광도 데이터와 라디얼 속도 데이터를 조합하여 K2-99 b의 전행 행성 모델을 공동으로 분석하였다.
• HARPS, HARPS-N, HIRES에서 확보한 60개의 새로운 라디얼 속도 측정값을 확보 및 분석하여 K2-99 c의 궤도를 제약하였다.
• 전행 주기곡선과 라디얼 속도 곡선을 동시에 맞추는 공동 모델링 접근법을 사용하여 질량 및 궤도 파arameter 추정치를 향상시켰다.
• 기존의 외계행성 시스템에서의 아포시드 정렬(Δωsky)을 통계적으로 분석하여 K2-99 시스템의 궤도 구조를 맥락화하였다.
• K2-99 c의 전행 확률을 궤도 기울기와 K2-99 b와의 상호 기울기 기반으로 평가하였으며, TESS 관측 가능성에 대한 전망을 수립하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 항성진동 분석과 Gaia 파라렐렉스를 통한 보정을 통해 K2-99의 최신 물리적 및 궤도 파arameters는 무엇인가?
• RQ2 외부 행성 K2-99 c의 진동질량과 궤도 이심률은 무엇이며, 이는 이전 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 K2-99 c가 전행을 일으킬 가능성이 있으며, 2022년 TESS 관측에서 그 전행을 탐지할 확률은 얼마인가?
• RQ4 K2-99 b의 이동 기원 역사에서 K2-99 c는 어떤 동역학적 의미를 지니는가?
• RQ5 K2-99의 아포시드 정렬은 다른 알려진 온기목성 시스템과 비교해 어떻게 다를까?

주요 결과

• 항성 K2-99는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 작으며, K2 캠프레인 17의 광도 곡선에 기반한 항성진동 분석을 통해 반지름이 R★ = 2.55 ± 0.02 R⊙로 보정되었다.
• K2-99 b는 팽창하지 않은 온기목성으로 확인되었으며, 반지름은 1.06 ± 0.01 RJup로, 심각한 팽창을 겪지 않았음을 시사한다.
• 외부 행성 K2-99 c는 최소 질량 8.4 ± 0.2 MJup, 이심률 e = 0.210 ± 0.009, 주기 522.2 ± 1.4일을 가지며, 타원 궤도를 도는 것으로 확인되었다.
• 이 시스템은 아포시드 정렬 편향을 보이며, |Δωsky| < 90°가 |Δωsky| > 90°보다 5% 유의수준에서 유리하지만, 불확실한 측정값을 제외하면 이는 강건하지 않다.
• 2022년 4월 TESS 관측은 상호 기울기가 작을 경우 K2-99 c의 전행 탐지 가능성이 매우 높다.
• 스핀-궤도 정렬과 상호 기울기를 포함한 시스템의 완전한 3차원 구조는 아직 해결되지 않았지만, 향후 천체측량 및 전행 후속 관측의 주요 대상이다.