[논문 리뷰] TESS unveils the phase curve of WASP-33b. Characterization of the planetary atmosphere and the pulsations from the star

C. von Essen, M. Mallonn외 5명|2020. 04. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 89인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 TESS의 23일 치 관측 데이터를 사용하여 초고온 수퍼자기 행 星 WASP-33b의 최초로 광학 위상곡선 및 제2차 일식 측정을 수행한다. 별의 진동을 제거한 후, 제2차 일식 깊이를 305.8 ± 35.5 ppm, 위상곡선 진폭을 100.4 ± 13.1 ppm, 밝기 오프셋을 28.7 ± 7.1°로 도출하여, 낮과 밤의 온도를 각각 3014 ± 60 K 및 1605 ± 45 K로 산정하였으며, Bond 반사율은 0.369 ± 0.050, 열 재순환 효율은 0.189 ± 0.014로 산출되었다.

ABSTRACT

We present the detection and characterization of the full-orbit phase curve and secondary eclipse of the ultra-hot Jupiter WASP-33b at optical wavelengths, along with the pulsation spectrum of the host star. We analyzed data collected by the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) in sector 18. WASP-33b belongs to a very short list of highly irradiated exoplanets that were discovered from the ground and were later visited by TESS. The host star of WASP-33b is of delta Scuti-type and shows nonradial pulsations in the millimagnitude regime, with periods comparable to the period of the primary transit. These completely deform the photometric light curve, which hinders our interpretations. By carrying out a detailed determination of the pulsation spectrum of the host star, we find 29 pulsation frequencies with a signal-to-noise ratio higher than 4. After cleaning the light curve from the stellar pulsations, we confidently report a secondary eclipse depth of 305.8 +/- 35.5 parts-per-million (ppm), along with an amplitude of the phase curve of 100.4 +/- 13.1 ppm and a corresponding westward offset between the region of maximum brightness and the substellar point of 28.7 +/- 7.1 degrees, making WASP-33b one of the few planets with such an offset found so far. Our derived Bond albedo, A_B = 0.369 +/- 0.050, and heat recirculation efficiency, epsilon = 0.189 +/- 0.014, confirm again that he behavior of WASP-33b is similar to that of other hot Jupiters, despite the high irradiation received from its host star. By connecting the amplitude of the phase curve to the primary transit and depths of the secondary eclipse, we determine that the day- and nightside brightness temperatures of WASP-33b are 3014 +/- 60 K and 1605 +/- 45 K, respectively. From the detection of photometric variations due to gravitational interactions, we estimate a planet mass of M_P = 2.81 +/- 0.53 M$_J.

연구 동기 및 목표

• TESS 데이터를 사용하여 WASP-33b의 전체 궤도 광학 위상곡선과 제2차 일식을 특성화하기 위해.
• 행성의 광학 곡선에 영향을 주는 별의 진동 효과를 분리하여 정확한 대기 매개변수 추정을 가능하게 하기 위해.
• 광학 광도 측정을 통해 행성의 밝기 온도, Bond 반사율, 열 재순환 효율을 측정하기 위해.
• 광도 변화와 진동 위상 분석을 통해 항성-행성 상호작용의 잠재적 광학적 서식을 조사하기 위해.
• δ Scuti 주변 별인 WASP-33의 진동 스펙트럼을 식별하고 특성화하여 새로운 진동 주파수를 밝혀내기 위해.

제안 방법

• WASP-33에 대해 TESS의 18번째 섹터에서 23일 치 TESS 광도를 확보하고 처리하였다.
• 29개의 진동 주파수를 신호 대 잡음 비율 ≥ 4로 식별하기 위해 세밀한 항성진동 분석을 수행하였다. 이 중 저주파수 모드는 중력 모드의 징후로 간주되었다.
• 행성의 위상곡선과 일식 신호를 피팅하기 전에 광도 곡선에서 항성 변동성을 제거하기 위해 진동 정제 기법을 적용하였다.
• 일식 깊이와 위상곡선 진폭에서 낮과 밤의 밝기 온도를 유도하기 위해 단순한 열 방출 모델을 사용하였다.
• 유도된 온도와 일식 깊이를 사용하여 Bond 반사율과 열 재순환 효율을 계산하였다.
• 위상 일치 광도 곡선을 사용하여 중력적 상호작용에 의한 광도 변화로부터 행성 질량을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TESS에 의해 측정된 WASP-33b의 광학 위상곡선 진폭과 제2차 일식 깊이는 각각 얼마인가요?
• RQ2 δ Scuti 주변 별의 진동은 WASP-33b의 광학 곡선 해석에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ3 광학 위상곡선 모델링에 기반한 WASP-33b의 낮과 밤의 밝기 온도는 각각 얼마인가요?
• RQ4 WASP-33b의 Bond 반사율과 열 재순환 효율은 얼마이며, 다른 핫 줌프와 비교해보면 어떻게 되나요?
• RQ5 TESS 광도 곡선에서 항성-행성 상호작용의 검출 가능한 광학적 서식이 존재하는가요?

주요 결과

• 제2차 일식 깊이는 TESS 대역에서 305.8 ± 35.5 ppm로 측정되어 강한 열 방출을 나타낸다.
• 위상곡선 진폭은 100.4 ± 13.1 ppm였으며, 정점 밝기와 복사점 사이에 28.7 ± 7.1°의 서쪽 이완이 관측되었다.
• 낮 쪽 밝기 온도는 3014 ± 60 K로 유도되었고, 밤 쪽 온도는 1605 ± 45 K였다.
• Bond 반사율은 0.369 ± 0.050로 산정되었으며, 기하 반사율의 3σ 상한선은 0.08로, 열 방출이 반사 빛보다 지배적임을 시사한다.
• 열 재순환 효율은 0.189 ± 0.014로 추정되었으며, 초고온 수퍼자기 행성 대기에서 H2 분해/재결합을 포함하는 모델과 일치한다.
• 중력적 상호작용에 의한 광도 변화로부터 유도된 행성 질량은 2.81 ± 0.53 M_J였으며, 고속도 측정 결과와 일치한다.