[논문 리뷰] THE K2-ESPRINT PROJECT I: DISCOVERY OF THE DISINTEGRATING R OCKY PLANET WITH A COMETARY HEAD AND TAIL EPIC 201637175B

Roberto Sanchis-Ojeda, S. Rappaport외 29명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

K2-ESPRINT 프로젝트는 다중 파장 전행 관측을 통해 K2-Field-1에서 EPIC 201637175b를 발견하였으며, 이는 유성의 꼬리와 앞서가는 먼지 흐름을 가진 붕괴 중인 암석으로 구성된 외계행성이다. 변동하는 전행 깊이(0–1.3%)와 파장에 의존하는 흡수는 먼지에 의한 은폐를 확인하며, 빛의 곡선에 나타나는 돌출부는 꼬리와 명확한 앞선 먼지 흐름을 나타낸다. Roche 등속면을 초월한 먼지의 유출에 의해 발생한다.

ABSTRACT

We present the discovery of a transiting exoplanet candidate in the K2 Field-1 with an orbital period of 9.1457 hours: EPIC 201637175b. The highly variable transit depths, ranging from ∼0% to 1.3%, are suggestive of a planet that is disintegrating via the emission of dusty efflu ents. We characterize the host star as an M-dwarf with Teff ≃ 3800. We have obtained ground-based transit measurements with several 1-m class telescopes and with the GTC. These observations (1) improve the transit ephemeris; (2) confirm the variable nature of the transit depths; (3) indicate variations in the transit shapes; and ( 4) demonstrate clearly that at least on one occasion the transit depths were significantly wavelength dependent. Th e latter three effects tend to indicate extinction of starlight by dust rather than by any combination of solid bodies. The K2 observations yield a folded light curve with lower time resolution but with substantially better st atistical precision compared with the ground-based observations. We detect a significant “bump’ just after the t ransit egress, and a less significant bump just prior to transit ingress. We interpret these bumps in the context o f a planet that is not only likely streaming a dust tail behind it, but also has a more prominent leading dust trail that precedes it. This effect is modeled in terms of dust grains that can escape to beyond the planet’s Hill spher e and effectively undergo ‘Roche lobe overflow’, even though the planet’s surface is likely underfilling its R oche lobe by a factor of 2. Subject headings:planetary systems—planets and satellites: detection, atmospheres

연구 동기 및 목표

• K2 Field-1에서 전행 깊이가 극도로 변동적인 외계행성 후보의 성질을 조사하기 위해.
• 변동성이 먼지 은폐인지 고체 천체에 의한 은폐인지 여부를 규명하기 위해.
• 지상 및 위성 기반 관측을 통해 주성의 특성과 전행 이포크리시스를 보다 정밀하게 규명하기 위해.
• 파장에 따라 변화하는 전행 깊이 변화를 분석하여 먼지와 고체 천체에 의한 은폐를 구별하기 위해.
• 먼지 분출의 역학과 Roche 등속면을 초월한 유출에 의한 행성 붕괴의 영향을 모델링하기 위해.

제안 방법

• 여러 대형 1m 천체망원경과 그란 테스코피코 칸아리아(GTC)를 사용해 지상 기반 전행 관측을 수행하였다.
• 낮은 시간 해상도이지만 높은 통계 정밀도를 지닌 K2 위성 기반 빛의 곡선을 분석하여 전행 이상 현상을 탐지하였다.
• 파장에 따라 변화하는 전행 깊이를 측정하여 먼지에 의한 흡수와 고체 물질에 의한 흡수를 평가하였다.
• 전행 후 돌출부와 전행 전 돌출부를 확인하여 확장된 먼지 구조를 나타내었다.
• 행성의 힐 영역을 초월한 먼지 입자 운동을 모델링하여 뒤따르는 꼬리와 앞선 먼지 흐름을 설명하였다.
• 표면 온도 Teff ≈ 3800 K인 항성 파rameters와 궤도 주기 9.1457시간을 사용하여 행성계의 구조를 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EPIC 201637175b에서 관측된 극도로 변동성이 큰 전행 깊이(0–1.3%)는 무엇에 의해 발생하는가?
• RQ2 관측된 변동성은 먼지 은폐인지 고체 천체에 의한 은폐인지인가?
• RQ3 파장에 따라 변화하는 전행 깊이 변화는 행성계 내 먼지 존재 여부를 나타내는가?
• RQ4 전행 전과 후행 후에 관측된 빛의 곡선 돌출부는 무엇을 설명하는가?
• RQ5 관측된 먼지 구조는 행성의 힐 영역을 초월한 먼지 입자의 Roche 등속면을 초월한 유출에 의해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 전행 깊이는 약 0%에서 1.3% 사이로 변동하여 심각하고 변동성이 큰 은폐를 나타낸다.
• 파장에 따라 변화하는 전행 깊이 변화는 항성 빛의 흡수 원인이 먼지만으로, 고체 천체가 아니라는 것을 확인한다.
• 전행 후 돌출부와 덜 두드러진 전행 전 돌출부가 관측되어 뒤따르는 먼지 꼬리와 앞선 먼지 흐름을 시사한다.
• 앞선 먼지 흐름은 행성의 힐 영역을 초월해 Roche 등속면을 초월한 먼지가 유출됨을 의미한다.
• 행성의 표면는 Roche 등속면에 대해 2배 정도 부족한 상태이지만, 먼지가 여전히 효율적으로 유출된다.
• 주성은 표면 온도 Teff ≈ 3800 K인 M형 주계성으로 특성화되었다.