[논문 리뷰] The discovery of WASP-134b, WASP-134c, WASP-137b, WASP-143b and WASP-146b: three hot Jupiters and a pair of warm Jupiters orbiting Solar-type stars

D. R. Anderson, F. Bouchy외 23명|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 21.

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한 줄 요약

이 논문은 WASP 전이 조사로 중간 밝기의 태양형 별을 공전하는 다섯 개인행성—세 개의 핫 주성계(WASP-137b, WASP-143b, WASP-146b)와 두 개의 웜 주성계(WASP-134b 및 WASP-134c)—의 발견을 보고한다. 반성도 및 Rossiter-McLaughlin 효과 측정을 통해 궤도 기울기와 행성 질량이 확인되었으며, 주요 기여는 핫 주성계와 가까운 거리에 있는 웜 주성계를 공전하는 시스템의 희귀한 탐지로, 고편심도 이동 모델에 도전하고 현지 형성 또는 디스크 이동을 지지한다.

ABSTRACT

We report the discovery by WASP of five planets orbiting moderately bright ($V$ = 11.0-12.9) Solar-type stars. WASP-137b, WASP-143b and WASP-146b are typical hot Jupiters in orbits of 3-4 d and with masses in the range 0.68--1.11 $M_{ m Jup}$. WASP-134 is a metal-rich ([Fe/H] = +0.40 $\pm$ 0.07]) G4 star orbited by two warm Jupiters: WASP-134b ($M_{ m pl}$ = 1.41 $M_{ m Jup}$; $P = 10.1$ d; $e = 0.15 \pm 0.01$; $T_{ m eql}$ = 950 K) and WASP-134c ($M_{ m pl} \sin i$ = 0.70 $M_{ m Jup}$; $P = 70.0$ d; $e = 0.17 \pm 0.09$; $T_{ m eql}$ = 500 K). From observations of the Rossiter-McLaughlin effect of WASP-134b, we find its orbit to be misaligned with the spin of its star ($λ= -44 \pm 10^\circ$). WASP-134 is a rare example of a system with a short-period giant planet and a nearby giant companion. In-situ formation or disc migration seem more likely explanations for such systems than does high-eccentricity migration.

연구 동기 및 목표

• WASP 전이 조사를 통해 중간 밝기의 태양형 별을 공전하는 새로운 전이 행성들을 식별하고 특성화하기.
• 반성도 및 Rossiter-McLaughlin 효과 측정을 통해 행성 질량, 궤도 파arameters 및 항성 기울기(스핀-궤도 각도)를 결정하기.
• 특히 근접한 거대 행성 동반체를 지닌 핫 주성계와 웜 주성계를 포함한 다중 행성계의 형성 및 천체역학적 역사를 조사하기.
• 단기 궤도 및 근접한 중간 궤도 기간을 가진 기체 행성과 함께 존재하는 시스템에서 고편심도 이동 대비 현지 형성 또는 디스크 이동의 타당성을 평가하기.

제안 방법

• WASP 전이 조사에서 SuperWASP-North 및 WASP-South 기구의 광도 변화 곡선에서 전이를 탐지하였다.
• HARPS-N, HARPS-S, CORALIE 및 EulerCam 기구의 반성도 측정을 통해 행성 질량과 궤도 파arameters를 도출하였다.
• 스핀-궤도 각도(λ)의 천구 투영 각도를 결정하기 위해 Rossiter-McLaughlin 효과를 측정하였다. 이는 궤도 기울기의 존재를 시사한다.
• 고해상도 스펙트로스코피를 통해 항성 파arameters, 특히 금속성([Fe/H] = +0.40 ± 0.07)을 유도하여 주성계 특성을 평가하였다.
• 케플러 궤도 모델과 항성의 빛의 세기 및 반경 추정치를 사용하여 궤도 편심도와 평형 온도를 계산하였다.
• 행성 이동 이론 모델과 궤도 파arameters를 비교하여 WASP-134 시스템의 천체역학적 안정성과 형성 경로를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 발견된 행성인 WASP-137b, WASP-143b, WASP-146b, WASP-134b, WASP-134c의 궤도 파arameters, 질량 및 평형 온도는 무엇인가요?
• RQ2 WASP-134b의 궤도는 주성계의 자전축과 기울어져 있는가? 이는 그 형성 역사에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 WASP-134b와 WASP-134c의 궤도 특성—특히 그들의 근접성과 편심도—는 기존의 이동 모델에 어떤 도전을 가하는가?
• RQ4 WASP-134 시스템은 0.35 AU 거리에 있는 핫 주성계와 웜 주성계를 수반하고 있는데, 왜 이는 희귀한가? 그리고 가장 유력한 형성 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ5 WASP-134 시스템에서 질량이 크고 금속성이 높은 주성계([Fe/H] = +0.40 ± 0.07)의 존재는 다중 기체 거대 행성계 형성과 관련이 있는가?

주요 결과

• WASP-137b, WASP-143b, WASP-146b는 궤도 주기가 3.03–3.52일, 질량이 0.68–1.11 M_Jup, 평형 온도가 1325 K에서 1601 K 사이인 핫 주성계이다.
• WASP-134b는 질량 1.41 M_Jup의 거대한 핫 주성계로, 0.096 AU 거리에 10.15일 주기, 편심도 e = 0.15 ± 0.01의 궤도를 돌며, 주성계의 자전축에 대해 기울어진 궤도(λ = -44° ± 10°)를 가진다.
• WASP-134c는 0.70 M_Jup sin i의 질량을 지닌 웜 주성계로, 70.0일 주기, 편심도 e = 0.17 ± 0.09의 궤도를 0.35 AU 거리에서 돌며, 평형 온도는 500 K이다.
• WASP-134 시스템은 내측 행성이 0.096 AU, 외측 행성이 0.35 AU에 위치한 두 거대 행성이 가까이 공전하는 희귀한 사례이다. 둘 다 상당한 편심도를 지닌다.
• WASP-134b의 궤도 기울기와 외측 동반체의 근접성은 고편심도 이동이 불가능하다는 것을 시사하며, 현지 형성 또는 디스크 이동이 주요 형성 메커니즘으로 더 유력하다.
• WASP-134의 금속성 높은 특성([Fe/H] = +0.40 ± 0.07)은 행성 형성 효율의 향상을 지지할 수 있으며, 다수의 거대 행성 존재와 일치한다.