[论文解读] Transiting exoplanets from the CoRoT space mission: XIII. CoRoT-14b: an unusually dense very hot Jupiter

B. Tingley, Michael Endl+47 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 16

一句话总结

本文介绍了CoRoT-14b，一颗非常炽热的海王星系系外行星，质量为7.6 ± 0.6 M_J，半径为1.09 ± 0.07 R_J，导致其密度高达7.3 ± 1.5 g/cm³——使其成为目前已知最致密的热木星之一。该行星围绕其恒星公转的轨道半长轴仅为0.0270 ± 0.002 AU，公转周期极短且轨道为圆形，表明其在强烈的恒星潮汐力作用下经历了快速的潮汐圆化过程。

ABSTRACT

In this paper, the CoRoT Exoplanet Science Team announces its 14th discovery. Herein, we discuss the observations and analyses that allowed us to derive the parameters of this system: a hot Jupiter with a mass of $7.6 \pm 0.6$ Jupiter masses orbiting a solar-type star (F9V) with a period of only 1.5 d, less than 5 stellar radii from its parent star. It is unusual for such a massive planet to have such a small orbit: only one other known exoplanet with a higher mass orbits with a shorter period.

研究动机与目标

• 表征由CoRoT空间任务发现的凌星系外行星CoRoT-14b的物理与轨道特性。
• 通过联合光度与光谱观测，确定该行星的质量、半径、密度及轨道参数。
• 探讨其高密度与短轨道周期对行星形成与演化理论的启示。
• 评估潮汐力在塑造大质量热海星系外行星轨道与物理特征中的作用。
• 将CoRoT-14b与其他已知热木星进行比较，尤其关注其质量、密度及轨道偏心率分布。

提出的方法

• 利用CoRoT空间望远镜的凌星光度观测，检测并表征了系外行星的凌星事件。
• 利用凯克天文台的HIRES光谱仪进行径向速度测量，通过多普勒频移确定该行星的质量。
• 通过高分辨率光谱与光度分析，推导出恒星参数，以约束其主星的性质。
• 结合凌星与径向速度数据，计算轨道元素，包括半长轴与公转周期。
• 利用推导出的质量与半径计算行星密度：ρ_p = M_p / (4/3 π R_p³)。
• 假设Q因子恒定，使用公式 t_circ ∝ Q M_p M_Star^{2/3} P^{13/3} R_p^{-5} 建模潮汐圆化与轨道衰减 timescales。

实验结果

研究问题

• RQ1 CoRoT-14b的精确质量与半径是多少？其与其它已知热木星相比有何差异？
• RQ2 CoRoT-14b的轨道偏心率是多少？是否与潮汐圆化 timescale 一致？
• RQ3 为何CoRoT-14b如此致密？这对它的内部结构或形成历史有何启示？
• RQ4 CoRoT-14b的高质心与短轨道周期如何影响其潮汐演化与稳定性？
• RQ5 大质量热木星的观测偏心率分布与理论预期相比如何？

主要发现

• CoRoT-14b的质量为7.6 ± 0.6 M_J，半径为1.09 ± 0.07 R_J，导致其密度高达7.3 ± 1.5 g/cm³。
• 该行星围绕其主星运行的半长轴为0.0270 ± 0.002 AU，公转周期约为1.5天。
• 该行星的平衡温度为1952 ± 66 K，与其极接近一颗G型主序星的特性一致。
• 轨道偏心率与零一致，表明其轨道为圆形，这与极短的潮汐圆化 timescale 预期相符。
• 在周期小于10天的热木星中，质量大于2 M_J 的天体中仅有25%的偏心率为零，表明大质量行星更可能具有较高偏心率。
• CoRoT-14b的短潮汐圆化 timescale 表明其圆形轨道与潮汐演化一致；相比之下，质量更大的CoRoT-3b可能因圆化 timescale 过长而原位形成。