[논문 리뷰] TESS exoplanet candidates validated with HARPS archival data. A massive Neptune around GJ143 and two Neptunes around HD23472

Trifon Trifonov, J. Rybizki외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 18인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 고전적인 HARPS 라디얼 속도 데이터를 활용하여 두 개의 TESS exoplanet 후보를 검증한다: K형 주계열 왜성 GJ 143에 대해 30.6 Earth masses의 질량을 지닌 태양계 외행성으로, 궤도 주기가 35.59일인 태양계 외행성이며, HD 23472에는 5:3 평균운동 공진에 가까운 Neptune-mass 행성 두 개로 이루어진 시스템이 있다. 분석 결과, GJ 143의 경우 단일 전행만 관측된 점과 HD 23472의 경우 라디얼 속도 데이터가 흐리게 산란된 점에도 불구하고, 이들의 행성적 성격이 확인되었다.

ABSTRACT

We aim at the discovery of new planetary systems by exploiting the transit light curve results from TESS orbital observatory's Sector 1 and 2 observations and validating them with precise Doppler measurements obtained from archival HARPS data. Taking advantage of the reported TESS transit events around GJ143 (TOI 186) and HD23472 (TOI 174) we model their HARPS precise Doppler measurements and derive orbital parameters for these two systems. For the GJ143 system TESS has reported only a single transit, and thus its period is unconstrained from photometry. Our RV analysis of GJ143 reveal the full Keplerian solution of the system, which is consistent with an eccentric planet with a mass almost twice that of Neptune and a period of $P_{ m b}$ = $35.59_{-0.01}^{+0.01}$ days. Our estimates of the GJ143 b planet are fully consistent with the transit timing from TESS. We confirm the two-planet system around HD23472, which according to our analysis is composed of two Neptune mass planets in a possible 5:3 MMR.

연구 동기 및 목표

• HARPS의 사전 존재하는 고전적인 라디얼 속도 데이터를 활용하여 TESS exoplanet 후보를 검증하는 것.
• GJ 143에서 단일 전행만 관측된 것처럼 광학적 관측 데이터가 제한된 시스템의 궤도 파라미터와 질량을 결정하는 것.
• HD 23472 시스템의 천체역학적 구조를 조사하여, 두 개의 Neptune-mass 행성 간의 평균운동 공진 가능성을 탐색하는 것.
• 광역 광학 촬영 조사 시대에 고전적인 도플러 데이터의 가치를 입증하는 것.
• TESS 광학 촬영만으로는 궤도 주기나 질량을 제약할 수 없는 시스템에 대해 정밀한 궤도 해법을 제공하는 것.

제안 방법

• SERVAL 파이프라인을 사용하여 HARPS 시간 시리즈를 재처리하여 라디얼 속도 정밀도를 향상시키고 체계적 오차를 감소시켰다.
• 라디얼 속도 데이터를 케플러 궤도 피팅 모델로 모델링하였으며, GJ 143의 경우 섬세한 센서 교체 이전과 이후의 관측 간 상호 라디얼 속도 오프셋을 포함시켰다.
• 베이지안 모델링을 사용하여 궤도 파라미터와 불확실성을 유도하였으며, GJ 143의 경우 TESS 전행 시각 제약 조건을 통합하였다.
• N-체 시뮬레이션(SyMBA)을 활용하여 장기적 안정성과 공진 가능성에 대한 천체역학적 안정성 분석을 수행하였다.
• 별 활동 지표(Hα, 선 폭, 색채도)를 평가하여 별 활동으로 인한 가짜 양성 결과를 배제하였다.
• HD 23472에 대해 원형 궤도와 타원 궤도 해법을 비교하였으며, 데이터가 흐리게 산란되어 있음에도 불구하고 공진이 주기 비율에 의해 암시되므로 원형 모델을 선호하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GJ 143의 경우 단일 전행만 관측된 상황에서 고전적인 HARPS 라디얼 속도 데이터로 TESS 행성 후보를 검증할 수 있는가?
• RQ2 TESS가 단일 전행만 관측한 상황에서 GJ 143의 행성 궤도 주기와 질량은 진정으로 무엇인가?
• RQ3 HD 23472의 이중 행성 시스템은 5:3 평균운동 공진과 일치하는가? 그리고 천체역학적 영향은 무엇인가?
• RQ4 별 활동 지표와 기기 체계적 오차는 고전 데이터에서 라디얼 속도 검출의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 희박한 라디얼 속도 데이터와 TESS 전행 시각 제약 조건을 조합했을 때, 얼마나 정확하게 행성 질량과 궤도 파라미터를 추정할 수 있는가?

주요 결과

• GJ 143의 행성 질량은 30.6 $M_{\bigoplus}$이며, 궤도 주기는 $P_{\rm b} = 35.59_{-0.01}^{+0.01}$일로, TESS의 단일 전행 사건과 일치한다.
• GJ 143 시스템은 전행이 다수로 관측되지 않음에도 불구하고, 라디얼 속도 해석에 따라 타원도가 일치하는 Neptune-mass 행성으로 구성되어 있다.
• HD 23472 시스템은 각각 17.9 $M_{\bigoplus}$와 17.2 $M_{\bigoplus}$의 질량을 지닌 두 개의 Neptune-mass 행성으로 이루어져 있으며, 주기 비율은 약 5:3이다.
• 5:3 주기 비율은 제2차 평균운동 공진의 가능성을 시사하지만, 시스템의 천체역학적 안정성은 初기 조건과 타원도에 민감하게 의존한다.
• HD 23472 데이터의 라디얼 속도 산란도 13.5 m s⁻¹로, 낮은 진폭과 TESS 전행과의 위상 일치성으로 인해 별 활동보다는 행성 신호와 일치한다.
• 이 연구는 고전적인 HARPS 데이터가 광학적 데이터가 흐리거나 불확실한 경우에도 TESS 행성 후보를 성공적으로 검증할 수 있음을 입증한다.