[论文解读] K2-99 revisited: a non-inflated warm Jupiter, and a temperate giant planet on a 522-d orbit around a subgiant

A. M. S. Smith, Sylvain Breton+30 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 109被引用 8

一句话总结

本研究利用新的K2任务第17期光变曲线及来自HARPS、HARPS-N和HIRES的60组径向速度测量值，重新分析了K2-99系统。通过类地震学方法精确确定了主星参数，确认K2-99 b为一颗非膨胀的温木星（Rb = 1.06 ± 0.01 RJup），并确定K2-99 c为一颗质量大、轨道偏心率高的气态巨行星（Mc sin i = 8.4 ± 0.2 MJup，ec = 0.210 ± 0.009，P = 522.2 ± 1.4 d），若两行星轨道面的相互倾角较小，则TESS在2022年有较大可能探测到其凌星现象。

ABSTRACT

We report new photometric and spectroscopic observations of the K2-99 planetary system. Asteroseismic analysis of the short-cadence light curve from K2's Campaign 17 allows us to refine the stellar properties. We find K2-99 to be significantly smaller than previously thought, with $R_{\star} = 2.55\pm0.02$ $\mathrm{R_\odot}$. The new light curve also contains four transits of K2-99b, which we use to improve our knowledge of the planetary properties. We find the planet to be a non-inflated warm Jupiter, with $R_\mathrm{b} = 1.06 \pm 0.01$ $\mathrm{R_{Jup}}$. Sixty new radial velocity measurements from HARPS, HARPS-N, and HIRES enable the determination of the orbital parameters of K2-99c, which were previously poorly constrained. We find that this outer planet has a minimum mass $M_\mathrm{c} \sin i_\mathrm{c} = 8.4\pm0.2$ $\mathrm{M_{Jup}}$, and an eccentric orbit ($e_\mathrm{c} = 0.210 \pm 0.009$) with a period of $522.2\pm1.4$ d. Upcoming TESS observations in 2022 have a good chance of detecting the transit of this planet, if the mutual inclination between the two planetary orbits is small.

研究动机与目标

• 利用更新的光变曲线与光谱数据，精确测定K2-99系统的恒星与行星参数。
• 确定外侧行星K2-99 c的轨道与物理特性，此前其参数约束较弱。
• 评估未来TESS观测中探测K2-99 c凌星现象的可能性。
• 研究该系统动力学结构，特别是K2-99 c在K2-99 b迁移历史中的作用。
• 通过径向速度、光变曲线与类地震学方法，提供该系统的完整三维视图。

提出的方法

• 对短时基K2任务第17期光变曲线进行类地震学分析，精确测定恒星参数，包括半径（R★ = 2.55 ± 0.02 R⊙）。
• 将K2任务第17期的新凌星光变曲线与径向速度数据结合，联合建模已知凌星行星K2-99 b。
• 获取并分析来自HARPS、HARPS-N与HIRES的60组新径向速度测量值，以约束K2-99 c的轨道参数。
• 采用联合建模方法，同时拟合凌星光变曲线与径向速度曲线，提升质量与轨道参数估计的准确性。
• 对已知系外行星系统中的近日点定向（Δωsky）进行统计分析，以定位K2-99系统的动力学特征。
• 基于轨道倾角与K2-99 b的相互倾角，评估K2-99 c的凌星概率，并预测TESS观测的探测前景。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过类地震学与盖亚视差数据，K2-99主星的最新物理参数与轨道参数是什么？
• RQ2 外侧行星K2-99 c的真实质量与轨道偏心率是多少？与以往估计相比有何差异？
• RQ3 K2-99 c是否可能发生凌星？其在2022年被TESS探测到的概率是多少？
• RQ4 K2-99 c在内侧行星温木星K2-99 b的迁移历史中具有何种动力学意义？
• RQ5 K2-99系统的近日点定向与其它已知温木星系统相比如何？

主要发现

• 主星K2-99的半径显著小于此前估计，经类地震学分析K2任务第17期光变曲线后，其半径被精确修正为R★ = 2.55 ± 0.02 R⊙。
• K2-99 b被确认为一颗非膨胀的温木星，半径为1.06 ± 0.01 RJup，表明其未经历显著膨胀。
• 外侧行星K2-99 c的最小质量为8.4 ± 0.2 MJup，轨道偏心率e = 0.210 ± 0.009，公转周期为522.2 ± 1.4天。
• 该系统表现出显著的近日点定向偏倚，|Δωsky| < 90°在5%显著性水平下优于|Δωsky| > 90°，但若排除不确定测量值，该结论并不稳健。
• 若两行星轨道面的相互倾角较小，2022年4月的TESS观测将有较大可能探测到K2-99 c的凌星现象。
• 该系统完整的三维结构（包括自转-轨道对齐与相互倾角）仍有待解析，但其是未来天体测量与凌星后续观测的优先目标。