[논문 리뷰] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. XV. CoRoT-15b: a brown dwarf transiting companion

F. Bouchy, M. Deleuil외 4명|Scientific Electronic Library Online (São Paulo Research Foundation, Latin American and Caribbean Center on Health Sciences Information, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico)|2010. 10. 01.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 35인용 수 83

한 줄 요약

이 논문은 F7V 별을 공전 주기 3.06일 동안 도는 63.3 ± 4.1 M_Jup의 질량과 1.12⁺⁰.³⁰₋₀.¹⁵ R_Jup의 반경을 가진 전이하는 백색왜성(브라운 왜성) CoRoT-15b의 발견을 보고한다. 이 시스템은 이중 동기화의 증거를 보이며, 팽창된 반경은 표준 진화 모델에 도전하는 젊거나 대기 투과도가 높은 백색왜성일 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

We report the discovery by the CoRoT space mission of a transiting brown dwarf orbiting a F7V star with an orbital period of 3.06 days. CoRoT-15b has a radius of 1.12 +0.30 -0.15 Rjup, a mass of 63.3 +- 4.1 Mjup, and is thus the second transiting companion lying in the theoretical mass domain of brown dwarfs. CoRoT-15b is either very young or inflated compared to standard evolution models, a situation similar to that of M-dwarfs stars orbiting close to solar-type stars. Spectroscopic constraints and an analysis of the lightcurve favors a spin period between 2.9 and 3.1 days for the central star, compatible with a double-synchronisation of the system.

연구 동기 및 목표

• CoRoT 우주 임무의 SRa02 영역에서 전이하는 백색왜성을 식별하고 특성화하기 위해.
• 광도 및 스펙트럼 관측을 통한 후속 조사로 CoRoT-15b의 물리적 성질, 즉 질량, 반경, 궤도 파rameter를 결정하기 위해.
• 주변 별과 백색왜성의 자전-궤도 동기화 상태를 포함한 시스템의 천체역학적 상태를 조사하기 위해.
• 백색왜성의 팽창된 반경의 원인을 이론적 진화 모델과 다른 알려진 팽창된 동반성과 비교하여 탐구하기 위해.
• irradiation, 대기 투과도, sunspot 커버리지가 관측된 반경 이상 현상 설명에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• CoRoT 우주 망원경이 SRa02 영역에서 31.7일 동안 고정밀 광도 측정을 수행하여 타깃 SRa02_E1_4106에서 전이 신호를 탐지하였다.
• ESO 라 실라 관측소의 HARPS 스펙트럼계를 사용하여 복합체의 질량을 측정하기 위한 라디얼 속도 측정을 수행하였다.
• 은하계 빛의 곡선과 라디얼 속도 곡선을 동시에 모델링하여 궤도 및 물리적 파rameter, 특히 별의 자전 주기를 유도하였다.
• CEPAM를 사용하여 핵반응이 pp-사슬을 따르는 진화 모델을 계산하였으며, Baraffe 등 (2003)의 궤적에 맞추어 조정하였으며, 열적 및 가시광선 투과도를 포함하였다.
• 금속성 및 스포트 커버리지 비율과 같은 모델 파rameter를 변화시켜 irradiation, 대기 투과도, 스포트 커버리지의 영향을 반경 팽창에 미치는 영향을 시험하였다.
• 향후 이차 전이 관측을 통해 고도로 조사된 백색왜성의 대기 성질을 탐색하는 방법으로 고려되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CoRoT-15b의 질량과 반경은 무엇이며, 이는 이론적 백색왜성 질량 범위에 속하는가?
• RQ2 주변 별의 자전 주기가 궤도 주기와 동기화되어 있는가? 이는 시스템 내 이중 동기화를 시사하는가?
• RQ3 왜 CoRoT-15b의 반경은 표준 진화 모델이 예측하는 것보다 현저히 크며?
• RQ4 반경 팽창은 청소년기, 대기 투과도, 또는 스포트 커버리지로 설명될 수 있으며, 데이터는 이러한 메커니즘에 대해 어떤 제약을 둔다?
• RQ5 이 시스템의 천체역학적 상태는 F형 별에서의 tidal dissipation에 대해 어떤 정보를 제공하는가?

주요 결과

• CoRoT-15b는 질량 63.3 ± 4.1 M_Jup, 반경 1.12⁺⁰.³⁰₋₀.¹⁵ R_Jup를 가지며, 명백히 백색왜성 질량 영역에 속한다.
• 궤도 주기는 3.06일이며, 주변 별의 자전 주기는 2.9–3.1일로 제약을 받으며, 이는 근사적인 이중 동기화를 시사한다.
• 백색왜성의 반경은 표준 진화 모델이 예측하는 것보다 크며, 이는 매우 젊거나 대기 투과도가 높을 가능성을 시사한다.
• 모델링 결과, 백색왜성 영역에서는 irradiation 효과가 무시할 수 있으며, 반경 팽창은 표준 투과도 가정으로는 설명될 수 없다.
• 젊은 나이와 광범위한 스포트 커버리지(최대 약 50%의 광화면)의 조합이 팽창을 설명할 수 있으나, 이는 여전히 추측에 가깝다.
• 이 시스템은 향후 적외선 이차 전이 관측의 핵심 대상이 되어 고도로 조사된 백색왜성의 대기 성질을 탐색할 수 있다.