[논문 리뷰] The TRAPPIST survey of southern transiting planets. I. Thirty eclipses of the ultra-short period planet WASP-43 b

M. Gillon, A. H. M. J. Triaud외 17명|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|2012. 01. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 56인용 수 101

한 줄 요약

이 연구는 초단주기 외계행성 WASP-43 b의 23개의 transit 및 7개의 occultation 광선곡선을 제시하며, 8개의 새로운 radial velocity 측정치와 결합하여 시스템의 파arameter를 크게 정밀화한다. 고정밀 데이터는 발견 논문에서 제기된 항성 질량의 다중해를 해소하여, 정련된 항성 질량 0.717±0.025 M☉ 및 반지름 0.667±0.011 R☉를 도출하였으며, 행성의 밀도가 2.034±0.052 M_Jup, 반지름이 1.036±0.019 R_Jup임을 확인하여 거대한 핵을 지녔고, 낮면에서 저면으로의 열분포가 열악함을 시사한다.

ABSTRACT

We present twenty-three transit light curves and seven occultation light curves for the ultra-short period planet WASP-43 b, in addition to eight new measurements of the radial velocity of the star. Thanks to this extensive data set, we improve significantly the parameters of the system. Notably, the largely improved precision on the stellar density (2.41+-0.08 rho_sun) combined with constraining the age to be younger than a Hubble time allows us to break the degeneracy of the stellar solution mentioned in the discovery paper. The resulting stellar mass and size are 0.717+-0.025 M_sun and 0.667+-0.011 R_sun. Our deduced physical parameters for the planet are 2.034+-0.052 M_jup and 1.036+-0.019 R_jup. Taking into account its level of irradiation, the high density of the planet favors an old age and a massive core. Our deduced orbital eccentricity, 0.0035(-0.0025,+0.0060), is consistent with a fully circularized orbit. We detect the emission of the planet at 2.09 microns at better than 11-sigma, the deduced occultation depth being 1560+-140 ppm. Our detection of the occultation at 1.19 microns is marginal (790+-320 ppm) and more observations are needed to confirm it. We place a 3-sigma upper limit of 850 ppm on the depth of the occultation at ~0.9 microns. Together, these results strongly favor a poor redistribution of the heat to the night-side of the planet, and marginally favor a model with no day-side temperature inversion.

연구 동기 및 목표

• 발견 논문에서 보고된 WASP-43 b의 항성 질량 해의 다중해를 해결하기 위해.
• 행성 및 항성 파arameter의 정밀도를 향상시키기 위해 전면적인 지상 기반 광도 모니터링을 통한 transit 및 occultation 관측을 수행하기 위해.
• 궤도 이심률을 제약하고, 다양한 파장에서 행성의 낮면에서의 열복사 방출을 탐지하기 위해.
• transit 시각 변화 및 radial velocity 분석을 통해 추가 행성의 잠재적 존재를 평가하기 위해.
• 특히 열분포 효율성과 온도 역전 가능성을 포함한 대기의 열역학적 구조를 조사하기 위해.

제안 방법

• 23개의 transit 및 7개의 occultation 관측을 위해 ESO 라 실라의 TRAPPIST 및 유레기 망원경, 파라날의 VLT/HAWK-I를 사용하여 고정밀 광도를 확보하였다.
• 주성의 radial velocity 측정치를 수집하여 궤도 및 항성 질량 제약 조건을 향상시켰다.
• 행성 및 항성 파arameter에 대한 연속적인 제약 조건을 도출하기 위해 transit 및 occultation 광선곡선의 글로벌 모델링을 수행하였다. 이에는 궤도 기울기, 영향 매개변수, 가장자리 어두움이 포함된다.
• 항성 밀도는 2.41±0.08 ρ☉로 엄격히 제약되었으며, 연령 제약(헤블러 수명 이하)과 결합하여 항성 질량 및 반지름이 유일하게 결정되었다.
• 0.9, 1.19, 및 2.09 μm에서의 occultation 깊이를 측정하였으며, χ² 및 신호 대 잡음비를 통해 통계적 유의성을 평가하였다.
• 메르큐리 n체통합기법을 사용한 천체역학 분석을 통해 잠재적 중력섭동자들을 시뮬레이션하였으며, transit 시각 변화 및 radial velocity 진폭을 통한 추가 행성의 탐지 가능 임계치를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WASP-43 b의 주성의 진정된 질량과 반지름은 무엇이며, 발견 논문에서 제기된 다중해를 해결하는가?
• RQ2 WASP-43 b의 정밀한 궤도 이심률은 얼마이며, tidal circularization와 일치하는가?
• RQ3 WASP-43 b의 열복사 스펙트럼은 무엇이며, 낮면에서 저면으로의 열분포 효율에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 두 번째 행성이 시스템에 존재할 경우를 시사하는 탐지 가능한 transit 시각 변화는 있는가?
• RQ5 관측된 열복사 스펙트럼은 낮면 온도 역전이 있는가 없는가의 모델을 어느 쪽에 더 선호하는가?

주요 결과

• 항성 질량 및 반지름은 고정밀도로 0.717±0.025 M☉ 및 0.667±0.011 R☉로 결정되었으며, 원래 발견 논문에서의 다중해가 해결되었다.
• 행성 질량 및 반지름은 각각 2.034±0.052 M_Jup 및 1.036±0.019 R_Jup로 정밀화되었으며, 거대한 핵을 지닌 고밀도와 일치함을 시사한다.
• 궤도 이심률은 0.0035−0.0025+0.0060로 측정되었으며, 완전히 원형 궤도와 일치함을 확인하였다.
• 2.09 μm에서 열복사 방출이 강력하게 검출되었으며, >11σ 유의성에서 깊이 1560±140 ppm로 측정되었다.
• 1.19 μm에서는 약간의 검출이 있었으며 깊이 790±320 ppm로 측정되었고, 약 0.9 μm에서 3σ 상한선 850 ppm이 설정되었다.
• 통합된 열복사 데이터는 낮면에서 저면으로의 열분포 효율이 낮음을 강력히 지지하며, 낮면 온도 역전이 없는 모델을 약간 더 지지한다.