[論文レビュー] HAT-P-47b AND HAT-P-48b: Two Low Density Sub-Saturn-Mass Transiting Planets on the Edge of the Period--Mass Desert

G. Á. Bakos, J. D. Hartman+22 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2016

Astro and Planetary Science被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、それぞれ4.73日および4.41日周期で回るやや明るいF型の恒星の周りを公転する、低密度で質量が木星未満の系外惑星HAT-P-47bおよびHAT-P-48bの発見を報告している。両惑星とも半径が木星の半径（1.31 R_Jおよび1.13 R_J）を上回っており、質量は0.21 M_J未満にとどまっているため、周期-質量の砂漠の縁に位置している。研究では、大気の特徴付けやロシター＝マクラウリン効果の測定の可能性が強調されており、低質量で放射を受ける世界における潮汐相互作用や惑星の膨張機構に関する知見が得られる。

ABSTRACT

We report the discovery of two new transiting extrasolar planets orbiting moderately bright (V = 10.7 and 12.2 mag) F stars (masses of 1.39 Msun and 1.10 Msun, respectively). The planets have periods of P = 4.7322 d and 4.4087 d, and masses of 0.21 MJ and 0.17 MJ which are almost half-way between those of Neptune and Saturn. With radii of 1.31 RJ and 1.13 RJ, these very low density planets are the two lowest mass planets with radii in excess that of Jupiter. Comparing with other recent planet discoveries, we find that sub-Saturns (0.18MJ < Mp < 0.3MJ) and super-Neptunes (0.05MJ < Mp < 0.18MJ) exhibit a wide range of radii, and their radii exhibit a weaker correlation with irradiation than higher mass planets. The two planets are both suitable for measuring the Rossiter-McLaughlin effect and for atmospheric characterization. Measuring the former effect would allow an interesting test of the theory that star-planet tidal interactions are responsible for the tendency of close-in giant planets around convective envelope stars to be on low obliquity orbits. Both planets fall on the edge of the short period Neptunian desert in the semi-major axis-mass plane.

研究の動機と目的

• ネプチューンから土星への移行領域に近い質量と半径を持つ2つの新しい transit 系外惑星を特定・特徴付けること。
• 周期-質量の砂漠に位置する低質量・低密度惑星の物理的性質および大気の可能性を調査すること。
• これらの惑星におけるロシター＝マクラウリン効果および透過スペクトル信号の測定可能性を評価すること。
• F型の恒星の周りを回る質量が木星未満の惑星における、放射と潮汐相互作用が半径および軌道のずれに与える影響を検討すること。

提案手法

• F型の恒星の周りで惑星の食を検出するため、HATNet調査による光度測定による食の監視。
• Keck/HIRESおよび他の地上望遠鏡を用いたドップラー速度測定により、惑星の質量を決定。
• 星のパラメータと惑星の大気のスケール高さの分光的分析により、透過信号強度の推定。
• Zahn (1977) の形式を用いた潮汐相互作用の時定数のモデル化により、軌道の整列行動を予測。
• 軌道の傾きと惑星-星の半径比を用いて、ロシター＝マクラウリン効果の振幅を計算。
• 水素を主体とする大気を仮定して、透過スペクトルの検出可能性を δ = 5 × 2R_pH / R_★² により推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HAT-P-47bおよびHAT-P-48bの正確な質量、半径、平衡温度は何か？
• RQ2 これらの惑星の半径は、放射と質量を考慮した理論的期待値と比べてどう異なるのか？これは惑星の膨張機構に何を示唆するか？
• RQ3 これらの惑星ではロシター＝マクラウリン効果の検出が可能か？その結果、軌道のずれはどのような情報を示すか？
• RQ4 これらの惑星の大気透過信号の検出可能性はどの程度か？他の質量が木星未満の惑星と比べてどうか？
• RQ5 潮汐相互作用の時定数は、F型の恒星の周りを回るこれらの低質量惑星について、整列しているか、ずれているかを予測できるか？

主な発見

• HAT-P-47bは質量0.21 M_J、半径1.31 R_J、4.7322日周期で1.39 M_☉の恒星の周りを公転している。
• HAT-P-48bは質量0.17 M_J、半径1.13 R_J、4.4087日周期で1.10 M_☉の恒星の周りを公転している。
• 両惑星とも、既知の低密度で質量が木星未満の惑星の中でも最も低い密度に属し、質量が木星未満であるにもかかわらず半径が木星を上回っている。
• これらの惑星は周期-質量の砂漠の縁に位置しており、動的不安定領域にあるか、あるいは遷移的集団を示している可能性がある。
• HAT-P-47bのロシター＝マクラウリン効果の振幅は68 m s⁻¹、HAT-P-48bは20 m s⁻¹と予測されており、両者ともKeck/HIRESで検出可能である。
• 両惑星とも、質量が木星未満の惑星の中で予想される透過スペクトル信号が最大に近い。δ値はKバンドでの高い検出可能性を示している。