[논문 리뷰] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission XXVII. CoRoT-28b, a planet orbiting an evolved star, and CoRoT-29b, a planet showing an asymmetric transit

J. Cabrera, Sz. Csizmadia외 51명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 82인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 CoRoT 임무의 관측 데이터로부터 두 개의 전행 외계 행성인 CoRoT-28b와 CoRoT-29b의 발견 및 특성 분석을 제시한다. CoRoT-28b는 진화한 별을 공전하는 거대한 화성형 외계 행성으로, 그의 진화 단계에 비해 이례적인 자전 속도와 리튬 농도를 보인다. CoRoT-29b는 알려진 어떤 시스템과도 다른 극단적인 비대칭 전행 밝기 곡선을 나타낸다. 광범위한 분석에도 불구하고 CoRoT-28b에 대해 제2차 일식은 관측되지 않았으며, CoRoT-29b의 극단적인 전행 비대칭성의 기원은 아직 밝혀지지 않았다. 이는 행성계의 복잡성 또는 별의 특성에 기인할 수 있으며, 향후 임무를 통해 추가 연구가 필요함을 시사한다.

ABSTRACT

Context. We present the discovery of two transiting extrasolar planets by the satellite CoRoT. Aims. We aim at a characterization of the planetary bulk parameters, which allow us to further investigate the formation and evolution of the planetary systems and the main properties of the host stars. Methods. We used the transit light curve to characterize the planetary parameters relative to the stellar parameters. The analysis of HARPS spectra established the planetary nature of the detections, providing their masses. Further photometric and spectroscopic ground-based observations provided stellar parameters (log g,Teff,v sin i) to characterize the host stars. Our model takes the geometry of the transit to constrain the stellar density into account, which when linked to stellar evolutionary models, determines the bulk parameters of the star. Because of the asymmetric shape of the light curve of one of the planets, we had to include the possibility in our model that the stellar surface was not strictly spherical. Results. We present the planetary parameters of CoRoT-28b, a Jupiter-sized planet (mass 0.484+/-0.087MJup; radius 0.955+/-0.066RJup) orbiting an evolved star with an orbital period of 5.208 51 +/- 0.000 38 days, and CoRoT-29b, another Jupiter-sized planet (mass 0.85 +/- 0.20MJup; radius 0.90 +/- 0.16RJup) orbiting an oblate star with an orbital period of 2.850 570 +/- 0.000 006 days. The reason behind the asymmetry of the transit shape is not understood at this point. Conclusions. These two new planetary systems have very interesting properties and deserve further study, particularly in the case of the star CoRoT-29.

연구 동기 및 목표

• CoRoT 우주 임무의 광도 곡선에서 발견된 외계 행성계 CoRoT-28b와 CoRoT-29b의 특성 분석.
• CoRoT-28b의 주계의 이례적인 성질, 특히 그의 진화 단계에 비해 높은 vsini와 리튬 농도를 규명하는 것.
• CoRoT-29b의 전행 밝기 곡선에서 나타나는 극단적인 비대칭성의 기원을 이해하는 것. 이는 표준 전행 행성 모델과는 맞지 않는다.
• Parviainen 등(2013)의 방법을 활용하여 두 시스템에서 제2차 일식의 탐지 가능성 평가.
• 향후 관측을 위한 추가적 관측 후속 조치를 유도하기 위해, 관측된 이례성의 물리적 원인을 규명하기 위한 필요성을 제기하는 것.

제안 방법

• CoRoT-28b와 CoRoT-29b의 궤도 및 물리적 파라미터를 결정하기 위해 반직경 속도 측정과 광도 곡선 분석을 수행하였다.
• 스펙트로스코픽 분석과 진화 모델을 활용하여 항성 파라미터를 유도하였으며, 특히 주계의 자전과 금속성 농도에 주목하였다.
• Parviainen 등(2013)의 방법을 적용하여 두 시스템의 CoRoT 광도 곡선에서 제2차 일식을 탐색하였다.
• LCOGT 네트워크와 지상 천체망원경(예: 노르딕 광학망원경)의 고정밀 광도 측정 자료를 활용하여 전행 모양과 궤도 해를 보다 정밀하게 보정하였다.
• CoRoT-29b에서 관측된 비대칭성에 영향을 미치는 항성의 가장자리 어두움, 행성의 반지름, 궤도 기울기 등의 영향을 평가하기 위해 전행 밝기 곡선의 이론적 모델링을 수행하였다.
• 행성의 반사율과 밝기 온도에 대한 상한을 설정하기 위해 별과 행성 간의 밝기 비율에 대한 통계 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CoRoT-28b의 주계가 진화 단계에 비해 높은 수준의 vsini와 리튬 농도를 보이는 이유는 무엇인가? 이는 과거의 천체 역학적 상호작용, 예를 들어 행성의 삼킨 것과 같은 사건의 흔적일 수 있다.
• RQ2 CoRoT-29b가 왜 이렇게 강하고 설명되지 않는 비대칭 전행 밝기 곡선을 보이는가? 특히 주계가 젊지도 않고 빠르게 자전하지도 않는다는 점을 고려할 때 더욱 그렇다.
• RQ3 CoRoT-28b와 CoRoT-29b의 CoRoT 광도 곡선에서 제2차 일식(행성의 은폐) 신호가 관측되었는가? 이는 행성의 열적 성질에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 CoRoT-28b 시스템의 관측된 이례성은 과거의 행성 삼킨 것 또는 항성 간의 상호작용으로 설명될 수 있는가?
• RQ5 CoRoT-29b에서 관측된 극단적인 전행 비대칭성을 일으킬 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇이며, 향후 관측을 통해 어떻게 검증할 수 있는가?

주요 결과

• CoRoT-28b는 Saturn과 Jupiter 사이의 질량을 가지며, 진화한 항성 주위를 공전하는 거대한 외계 행성으로, 높은 조사에 비해 팽창의 징후가 없음을 보였다.
• CoRoT-28b의 주계는 그의 진화 단계에 비해 예상보다 높은 수준의 vsini(투영 자전 속도)와 리튬 농도를 보이며, 과거의 천체 역학적 상호작용(예: 행성의 삼킨 것)의 흔적일 수 있음을 시사하지만, 직접적인 증거는 없다.
• CoRoT-28b의 CoRoT 광도 곡선에서 유의미한 제2차 일식 신호는 관측되지 않았으며, 별과 행성 간의 밝기 비율에 대한 99번째 백분위수 상한은 9.5%로, 물리적으로 가능한 최대값인 약 2%보다 훨씬 높았다.
• CoRoT-29b는 극도로 비대칭적인 전행 밝기 곡선을 보이며, 그 질량과 진화 단계에 비해 관측된 비대칭 수준은 기존의 항성 모델로 설명되지 않는다. 이는 설명되지 않은 물리적 메커니즘을 시사한다.
• CoRoT-29b의 관측된 전행 비대칭성은 표준 항성 가장자리 어두움 또는 궤도 이심률 모델로 설명될 수 없으며, 그 기원은 여전히 미스터리 그대로 남아 있다.
• 논문은 향후 CHEOPS와 PLATO 2.0와 같은 우주 망원경을 활용한 후속 관측을 통해 CoRoT-29b의 전행 형상에서 관측된 이례성을 확인하거나 배제할 것을 촉구한다.