[논문 리뷰] Six newly-discovered hot Jupiters transiting F/G stars: WASP-87b, WASP-108b, WASP-109b, WASP-110b, WASP-111b & WASP-112b ⋆

D. R. Anderson, D. J. A. Brown외 21명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 3인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 WASP-South 조사와 후속 광도 및 스펙트럼 관측을 통해 여섯 개인 새로운 전행형 핫 줌프터를 발견했다—WASP-87b, WASP-108b, WASP-109b, WASP-110b, WASP-111b, 그리고 WASP-112b. 주요 발견으로는 중간 F형 항성 주위에서 거의 정렬된 궤도를 도는 행성의 탐지(예: WASP-111b), WASP-111에서의 항성 활동성 변동성의 증거, 그리고 표준 항성 모델에 도전하는 저금속도·저밀도 행성인 WASP-112b의 규명이 포함된다.

ABSTRACT

We present the discoveries of six transiting hot Jupiters: WASP-87b, WASP-108b, WASP-109b, WASP-110b, WASP-111b and WASP-112b. The planets have masses of 0.51--2.2 $M_{ m Jup}$ and radii of 1.19--1.44 $R_{ m Jup}$ and are in orbits of 1.68--3.78 d around stars with masses 0.81--1.50 $M_{ m \odot}$. WASP-111b is in a prograde, near-aligned ($\lambda = -5 \pm 16^\circ$), near-circular ($e < 0.10$ at 2 $\sigma$) orbit around a mid-F star. As tidal alignment around such a hot star is thought to be inefficient, this suggests that either the planet migrated inwards through the protoplanetary disc or that scattering processes happened to leave it in a near-aligned orbit. WASP-111 appears to have transitioned from an active to a quiescent state between the 2012 and 2013 seasons, which makes the system a candidate for studying the effects of variable activity on a hot-Jupiter atmosphere. We find evidence that the mid-F star WASP-87 is a visual binary with a mid-G star. Two host stars are metal poor: WASP-112 has [Fe/H] = $-0.64 \pm 0.15$ and WASP-87 has [Fe/H] = $-0.41 \pm 0.10$. The low density of WASP-112 (0.81 $M_{ m \odot}$, $0.80 \pm 0.04$ $ ho_{ m \odot}$) cannot be matched by standard models for any reasonable value of the age of the star, suggesting it to be affected by the "radius anomaly".

연구 동기 및 목표

• 광역 광도 조사 기반으로 밝은 F/G형 항성 주위의 전행형 외계 행성을 식별하고 특성화하기.
• 거대 행성 형성과 진화 과정에서 항성 금속 농도와 활동성의 역할을 조사하기.
• 궤도 정렬과 이심률 측정을 통해 행성 이동 메커니즘을 탐구하기.
• WASP-112와 같은 저밀도·저금속도 항성 주위에서 표준 항성 진화 모델의 한계를 시험하기.

제안 방법

• 밝은 항성(V = 9–13)의 광 light curves에서 전행 유사한 어둠침 현상을 탐지하기 위해 WASP-South 광도 조사를 활용.
• 라 실라 관측소의 TRAPPIST, EulerCam, 1.54m 덴마크 망원경을 사용해 후속 광도 관측을 수행.
• CORALIE 스펙트럼계를 이용한 라디얼 속도 측정을 통해 행성의 공전 천체를 확인.
• 전행 기간 동안 고주기 스펙트럼 관측을 통해 Rossiter-McLaughlin 효과를 측정하여 궤도 정렬을 결정.
• MCMC 모델링을 적용하여 항성 파ameters와 대기 특성을 추정하고, 효율 온도 보정을 위해 적외선 복사 방법(IRFM)을 통합.
• 비커터 스펙트럼 범위, FWHM, RV 잔차 등의 항성 활동성 지표를 분석하여 행성 특성화에 미치는 영향 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WASP-111b의 궤도 정렬과 이심률은 무엇이며, 이는 그의 이동 역사에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ2 WASP-111에서 관측된 항성 활동성 변동성은 라디얼 속도 측정과 대기 특성화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 왜 WASP-112는 표준 모델과 일치하지 않는 낮은 항성 밀도를 보이며, 이러한 현상을 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 WASP-87과 WASP-112의 낮은 금속 농도는 거대 행성 형성의 코어 응집 모델에 어떤 도전을 가하는가?
• RQ5 Rossiter-McLaughlin 효과는 WASP-112b가 기울어진 궤도 또는 극궤도를 가졌는지 확인할 수 있는가?

주요 결과

• WASP-111b는 중간 F형 항성 주위를 정방향으로 거의 정렬된 궤도(λ = −5 ± 16°)를 도는 저이심도(e < 0.10, 2σ 수준)를 가지며, 이는 디스크 유도 또는 산란 과정을 통한 이동을 시사한다.
• WASP-111은 2012년에서 2013년 사이에 활동성 상태에서 안정 상태로 전환되었으며, 피크 간 라디얼 속도 변동은 297 m s⁻¹에서 60 m s⁻¹로 감소하여 항성 활동성의 변동성을 나타낸다.
• WASP-112b는 [Fe/H] = −0.64 ± 0.15의 저금속도 항성 주위를 도는 행성으로, 당시까지 알려진 가장 금속 농도가 낮은 거대 행성의 항성 주위를 도는 것으로 확인되었다.
• WASP-112의 낮은 밀도(0.80 ± 0.04 ρ⊙)는 어떤 합리적인 연령에서도 표준 항성 모델과 일치하지 않으며, 비표준 대류 또는 자기 활동으로 인한 반경 이상 현상일 가능성이 있다.
• WASP-87은 중간 G형 항성의 시각 이중성 시스템이며, 그 항성의 [Fe/H] = −0.41 ± 0.10으로 저금속 조성을 보인다.
• MCMC 모델링 결과, WASP-112의 파ameters를 일치시키기 위해서는 [Fe/H]를 +0.2로 재평가하거나 항성 모델의 혼합길이 매개변수(αMLT)를 크게 감소시켜야 하며, 이는 낮은 투영 회전 속도에도 불구하고 자기 활동의 영향을 암시한다.