[논문 리뷰] Search for planets in hot Jupiter systems with multi-sector TESS photometry. I. No companions in planetary systems KELT-18, KELT-23, KELT-24, Qatar-8, WASP-62, WASP-100, WASP-119, and WASP-126

G. Maciejewski|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 다중 분야 TESS 광도 측정을 활용해 8개의 핫 조선형 시스템(KELT-18, KELT-23, KELT-24, Qatar-8, WASP-62, WASP-100, WASP-119, WASP-126)에서 전행 탐지 및 전행 시기 변동(TTV) 분석을 통해 추가 행성을 탐색한다. KELT-23과 WASP-62에서는 지구 크기까지의 전행을 보이는 위성은 발견되지 않았고, 나머지 시스템에서는 미니-혜성형까지의 크기까지 탐색했으며, TTV 신호는 발견되지 않았다. 이는 핫 조선형의 고원심도 이동 모델을 지지한다.

ABSTRACT

Origins of giant planets on tight orbits, so called hot Jupiters, are a long-lasting question in the planetary formation and evolution theory. The answer seems to be hidden in architectures of those systems that remain only partially understood. Using multi-sector time-series photometry from the Transiting Exoplanet Survey Satellite, we searched for additional planets in the KELT-18, KELT-23, KELT-24, Qatar-8, WASP-62, WASP-100, WASP-119, and WASP-126 planetary systems using both the transit technique and transit timing method. Our homogenous analysis has eliminated the presence of transiting companions down to the terrestrial-size regime in the KELT-23 and WASP-62 systems, and down to mini-Neptunes or Neptunes in the remaining ones. Transit timing analysis has revealed no sign of either long-term trends or periodic perturbations for all the studied hot Jupiters, including the WASP-126 b for which deviations from a Keplerian model were claimed in the literature. The loneliness of the planets of the sample speaks in favour of the high-eccentricity migration mechanism that probably brought them to their tight orbits observed nowadays. As a byproduct of our study, the transit light curve parameters were redetermined with a substantial improvement of the precision for 6 systems. For KELT-24 b, a joint analysis allowed us to place a tighter constraint on its orbital eccentricity.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 TESS 광도 측정을 활용해 핫 조선형 시스템 내 추가 행성의 존재를 조사하기 위해.
• 특히 저질량 행성이 핫 조선형을 공전하는 시스템 내에 존재하는지 테스트하기 위해.
• 향상된 광도곡선 모델링을 통해 이전 연구에서의 전행 매개변수 불일치를 해결하기 위해.
• 전행 시기 변동(TTV)이 알려지지 않은 위성에 의한 중력 교란을 나타내는지 평가하기 위해.
• 고원심도 이동이 핫 조선형의 궤도 구조를 형성하는 데 미치는 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• 최대 13개 분야에 걸친 다중 분야 TESS 광도곡선 분석을 통해 장기 기반 광도 측정을 확보하기 위해.
• 지구 크기의 천체까지의 추가 전행 행성을 탐지하기 위해 전행 방법을 적용하기 위해.
• 비전행 위성에 의한 중력 교란을 탐지하기 위해 전행 시기 변동(TTV) 분석을 사용하기 위해.
• MCMC를 활용한 공동 광도곡선 모델링을 통해 전행 매개변수(예: 궤도 기울기, a/R*, 행성 반지름)의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 다시 결정된 매개변수를 이전 문헌의 값과 비교하여 일관성 여부 평가 및 유의미한 불일치 식별하기 위해.
• AoV 주기도 및 TTV 모델링을 활용해 전행 시기의 주기적 또는 장기적 추세 탐지하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 KELT-18, KELT-23, KELT-24, Qatar-8, WASP-62, WASP-100, WASP-119, WASP-126 시스템에 추가 전행 행성이 존재하는가?
• RQ2 전행 시기 변동(TTV)은 이 핫 조선형 시스템 내 비전행 위성이 존재하는지를 나타내는가?
• RQ3 TESS 데이터로부터 재결정된 전행 매개변수들은 이 시스템들에서 이전에 보고된 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 KELT-24 b와 WASP-62 b의 궤도 이심률은 계속 진행 중인 고원심도 이동과 일치하는가?
• RQ5 WASP-126 b에서 TTV가 관측되지 않아 고립 상태임을 확인할 수 있었는가, 이는 이전에 주기적 편이가 있다는 주장과 모순되는가?

주요 결과

• KELT-23과 WASP-62 시스템에서는 지구 크기까지의 전행 위성은 발견되지 않았고, 나머지 여섯 시스템에서는 미니-혜성형 또는 혜성형까지 탐색했으며, 전원 위성은 발견되지 않았다.
• 전행 시기 분석 결과, 8개 시스템 전반에서 주기적 또는 장기적 추세가 발견되지 않았으며, WASP-126 b 역시 포함되어 이전의 TTV 주장과 모순된다.
• KELT-18 b의 궤도 기울기는 82.90° ± 0.62°로 이전 보고된 88.9° ± 1.2°보다 4.4σ 낮으며, a/R*는 4.36 ± 0.11로 이전의 5.138 ± 0.078보다 5.8σ 낮다.
• KELT-24 b의 기울기는 85.08° ± 0.20°로 Rodriguez et al. (2019)에 비해 5.3σ 낮고, Hjorth et al. (2019)에 비해 3.1σ 낮으며, a/R*는 7.89 ± 0.14로 Rodriguez et al. (2019)의 값보다 9.0σ 낮다.
• 공동 분석을 통해 KELT-24 b의 궤도 이심률이 더 엄격하게 제약되었으며, 비-케플러 운동역학의 지속성을 지지한다.
• KELT-24 b와 WASP-62 b의 시스템 연령 추정치는 비제로 이심률이 고원심도 이동 잔여물임을 일치시키며, 원형화 스케일과 시스템 연령이 유사하거나 이를 상회함을 시사한다.