[논문 리뷰] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission - XIX. CoRoT-23b: a dense hot Jupiter on an eccentric orbit

Daniel Rouan, H. Parviainen외 41명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 25인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 성숙한 G0형 항성(연령 ≈7 Gyr)을 공전하는 밀도가 높고 열대 목성(2.8 ± 0.3 MJup, 반지름 1.05 ± 0.13 RJup, 밀도 ≈3 g cm⁻³)인 CoRoT-23b의 발견을 보고한다. 이 행성은 중간 정도의 이심도를 가지며(е = 0.16 ± 0.02) CoRoT 위성의 광도 측정을 통해 탐지되었고, 지상 기반의 다이얼라인 속도 측정을 통해 확인되었으며, 후속 광도 측정을 통해 가짜 양성 결과가 배제되었다. 고밀도와 비영제 이심도의 조합은 7 Gyr 동안 느린 tidal 원형화로 설명되며, 이는 타이드 품질 인자 Qp > 3×10⁵와 일치한다.

ABSTRACT

We report the detection of CoRoT-23b, a hot Jupiter transiting in front of its host star with a period of 3.6314 \pm 0.0001 days. This planet was discovered thanks to photometric data secured with the CoRoT satellite, combined with spectroscopic radial velocity (RV) measurements. A photometric search for possible background eclipsing binaries conducted at CFHT and OGS concluded with a very low risk of false positives. The usual techniques of combining RV and transit data simultaneously were used to derive stellar and planetary parameters. The planet has a mass of Mp = 2.8 \pm 0.3 MJup, a radius of Rpl = 1.05 \pm 0.13 RJup, a density of \approx 3 g cm-3. RV data also clearly reveal a non zero eccentricity of e = 0.16 \pm 0.02. The planet orbits a mature G0 main sequence star of V =15.5 mag, with a mass M\star = 1.14 \pm 0.08 M\odot, a radius R\star = 1. 61 \pm 0.18 R\odot and quasi-solar abundances. The age of the system is evaluated to be 7 Gyr, not far from the transition to subgiant, in agreement with the rather large stellar radius. The two features of a significant eccentricity of the orbit and of a fairly high density are fairly uncommon for a hot Jupiter. The high density is, however, consistent with a model of contraction of a planet at this mass, given the age of the system. On the other hand, at such an age, circularization is expected to be completed. In fact, we show that for this planetary mass and orbital distance, any initial eccentricity should not totally vanish after 7 Gyr, as long as the tidal quality factor Qp is more than a few 105, a value that is the lower bound of the usually expected range. Even if Corot-23b features a density and an eccentricity that are atypical of a hot Jupiter, it is thus not an enigmatic object.

연구 동기 및 목표

• CoRoT 우주 미션에 의해 탐지된 전행 행성 후보의 행성 성격을 확인하기 위해.
• 통합 광도 및 스펙트로스코피 분석을 통해 CoRoT-23b의 물리적 및 궤도적 파라미터를 결정하기 위해.
• 열대 목성계에서 흔치 않은 고밀도와 비영제 궤도 이심도의 조합을 조사하기 위해.

제안 방법

• CoRoT 위성 기반 광도 측정을 통해 Corot-23의 광도 곡선에서 전행 유사 신호를 탐지하였다.
• CFHT 및 OGS에서의 지상 기반 광도 후속 관측을 통해 배경 이중성 항성에 의한 가짜 양성 결과를 배제하였다.
• 행성의 질량과 궤도 이심도를 결정하기 위해 고정밀 다이얼라인 속도 측정을 수행하였다.
• 고해상도 스펙트로스코피를 통해 표면 온도, 금속성 및 연령 추정을 포함한 항성 파라미터를 도출하였다.
• 전행 및 다이얼라인 속도 데이터를 함께 사용하여 질량, 반지름, 밀도를 유도하기 위해 행성 및 항성 파라미터를 공동으로 피팅하였다.
• 장기적인 원형화 시간 스케일 평가를 위해 타이드 진화 모델을 적용하였으며, 주요 매개변수로 타이드 품질 인자 Qp를 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CoRoT-23의 전행 신호는 배경 이중성 항성에 의한 가짜 양성 결과가 아니라 행성 기원과 일치하는가?
• RQ2 CoRoT-23b의 정밀한 질량, 반지름, 밀도는 무엇이며, 다른 열대 목성들과 비교해 보면 어떠한가?
• RQ3 7 Gyr의 나이에 이르러도 타이드 힘이 궤도를 원형화시켜야 할 텐데도 CoRoT-23b가 상당한 궤도 이심도(е = 0.16)를 보이는 이유는 무엇인가?
• RQ4 약 3 g cm⁻³의 높은 행성 밀도는 행성 수축 및 진화 이론 모델과 일치하는가?
• RQ5 관측된 이심도는 7 Gyr 동안의 타이드 감쇠로 설명될 수 있으며, 이를 위해 필요한 타이드 품질 인자(Qp)의 범위는 무엇인가?

주요 결과

• CoRoT-23b는 질량 2.8 ± 0.3 MJup, 반지름 1.05 ± 0.13 RJup를 가지며, 이로 인해 약 3 g cm⁻³의 높은 밀도를 보인다.
• 행성은 주기 3.6314 ± 0.0001일 동안 주위 항성의 궤도를 돌며, e = 0.16 ± 0.02의 비영제 이심도를 나타낸다.
• 주계류 항성은 질량 1.14 ± 0.08 M⊙, 반지름 1.61 ± 0.18 R⊙를 가지며 약 7 Gyr의 연령을 가진 성숙한 G0 주계열 항성이다.
• 높은 밀도는 특히 이 질량과 연령에 적합한 장기적인 행성 수축 모델과 일치한다.
• 관측된 이심도는 타이드 진화 모델과 일치하지 않으며, 타이드 품질 인자 Qp가 3×10⁵를 초과할 경우 7 Gyr 동안 유지될 수 있다.
• 항성의 타이드 특성(Q*/k₂* 및 Doodson 상수)은 Q*/k₂* < 10⁷일 경우 행성의 삼키임 위험이 존재할 수 있음을 시사하지만, 이는 아직 초보적인 결과이다.