[논문 리뷰] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. XVIII. CoRoT-18b: a massive hot jupiter on a prograde, nearly aligned orbit

G. Hébrard, T. M. Evans외 45명|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 56인용 수 27

한 줄 요약

이 논문은 CoRoT 위성의 광도 측정과 지상 기반의 다이내믹 스펙트로스코피 및 라디얼 속도 관측을 통해, G9V형 항성에 대해 1.90일 주기로 전행하는 거대한 핫 점성행성 CoRoT-18b를 발견했다. 이 행성은 3.47 ± 0.38 MJup의 질량을 가지며, 궤도 기울기 ψ = 20° ± 20°로 전행하고 거의 정렬된 궤도를 이룬다. 항성의 나이는 아직 불확실하며, 이는 젊은 항성 진화 모델에 모순될 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We report the detection of CoRoT-18b, a massive hot jupiter transiting in front of its host star with a period of 1.9000693 +/- 0.0000028 days. This planet was discovered thanks to photometric data secured with the CoRoT satellite combined with spectroscopic and photometric ground-based follow-up observations. The planet has a mass M_p = 3.47 +/- 0.38 M_Jup, a radius R_p = 1.31 +/- 0.18 R_Jup, and a density rho_p = 2.2 +/- 0.8 g/cm3. It orbits a G9V star with a mass M_* = 0.95 +/- 0.15 M_Sun, a radius R_* = 1.00 +/- 0.13 R_Sun, and a rotation period P_rot = 5.4 +/- 0.4 days. The age of the system remains uncertain, with stellar evolution models pointing either to a few tens Ma or several Ga, while gyrochronology and lithium abundance point towards ages of a few hundred Ma. This mismatch potentially points to a problem in our understanding of the evolution of young stars, with possibly significant implications for stellar physics and the interpretation of inferred sizes of exoplanets around young stars. We detected the Rossiter-McLaughlin anomaly in the CoRoT-18 system thanks to the spectroscopic observation of a transit. We measured the obliquity psi = 20 +/- 20 degrees (sky-projected value: lambda = -10 +/- 20 degrees), indicating that the planet orbits in the same way as the star is rotating and that this prograde orbit is nearly aligned with the stellar equator.

연구 동기 및 목표

• CoRoT 우주 임무의 광도 측정 자료에서 전행하는 외계행성을 식별하고 특성화하기.
• 다중 파장 관측을 통한 복합적 후속 관측을 통해 행성과 그 주계항성의 궤도 및 물리적 파라미터를 결정하기.
• Rossiter-McLaughlin 효과를 측정하고 시스템의 스핀-궤도 기울기를 유추하기.
• 별의 진화 모델, 자전주기 기반 연령 추정, 리튬 농도 등 다수의 독립적 방법을 사용하여 주계항성의 나이 불일치를 해결하기.
• 행성의 질량, 궤도 및 정렬 상태가 행성계 형성 및 진화에 미치는 영향을 조사하기.

제안 방법

• CoRoT 위성이 32초 간격의 고정밀 연속 광도 측정을 25일 동안 수행하여 13회의 전행 사건을 탐지했다.
• ESO, Haute-Provence 및 노르딕 옵티컬 천체망원경에서의 지상 기반 광도 및 스펙트로스코피 관측을 통해 행성 전행의 확인과 라디얼 속도 변화 측정을 수행했다.
• 전행 기간 동안 고해상도 스펙트로스코피를 통해 Rossiter-McLaughlin 효과를 측정하여 천구상의 스핀-궤도 각도 λ를 결정했다.
• 스펙트럼 에너지 분포 피팅, 라디얼 속도 모델링 및 SME 및 기타 도구를 사용한 스펙트로스코픽 분석을 통해 항성 파라미터를 유도했다.
• Mandel & Agol (2002) 전행 모델을 사용하여 CoRoT 및 지상 기반의 밝기 곡선에 공동으로 궤도 파라미터를 피팅했다.
• 별의 나이는 진화 모델, 자전주기 기반 연령 추정, 리튬 농도를 통해 평가되었으며, 이는 상충되는 결과를 보였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CoRoT-18b의 정밀한 질량, 반지름, 궤도 파라미터는 무엇인가?
• RQ2 CoRoT-18 시스템의 스핀-궤도 기울기는 무엇이며, 이는 행성계 정렬과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 다양한 방법으로 유추된 주계항성의 나이 불일치는 왜 발생하는가?
• RQ4 이 행성의 높은 질량과 짧은 궤도 주기는 다른 알려진 핫 점성행성들과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이 시스템의 정렬 상태는 거대 행성의 형성 및 이동 역사에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• CoRoT-18b는 질량 3.47 ± 0.38 MJup, 반지름 1.31 ± 0.18 RJup, 궤도 주기 1.9000693 ± 0.0000028일을 가진다.
• 행성의 밀도는 2.2 ± 0.8 g/cm³로, 고금속성 또는 복사에 의해 영향을 받은 구성임을 시사한다.
• 주계항성의 질량는 0.95 ± 0.15 M⊙, 반지름은 1.00 ± 0.13 R⊙, 자전 주기는 5.4 ± 0.4일이다.
• Rossiter-McLaughlin 측정 결과 천구상 기울기 λ = −10° ± 20°를 얻었으며, 이는 전행하고 거의 정렬된 궤도(ψ = 20° ± 20°)임을 나타낸다.
• 항성의 나이 추정치는 상충된다: 진화 모델은 수십 Myr 또는 수 Gyr의 나이를 제안하지만, 리튬 농도와 자전 속도는 약 300 Myr의 나이를 지시한다.
• CoRoT-18b와 CoRoT-2b는 유일하게 고속 자전하는 G형 또는 더 차가운 항성 주위를 도는 알려진 행성으로, 이는 매우 드문 시스템 구성임을 강조한다.